Nguyên lý Quy trình xử lý nước thải

8/20/2019 Nguyên lý Quy trình xử lý nước thải

http://slidepdf.com/reader/full/nguyen-ly-quy-trinh-xu-ly-nuoc-thai 1/120

http://www.ebook.edu.vn

1

1




Mục lụcA. Thành phần nướ c thải …………………………………………………3

B. Các chất ô nhiễm trong nướ c thải1) Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)……………………………………..8 2) Nhu cầu oxi hóa học (COD)……………………………………..9 3) pH của dung dịch ……………………………………………….9

4) Các loại muối …………………………………………………..10 5) Chất r ắn trong nướ c thải…………………………………………10 6) Các kim loại độc và hợ p chất hữu cơ độc trong nướ c thải……..12 7) Sự tiêu th ụ oxi…………………………………………………...12 8) Nhiệt …………………………………………………………….13 9) Màu ……………………………………………………………...14 10) Các chất tạo bọt………………………………………………….14

11) Các chất gây tr ở ng ại…………………………………………….14 12) Vi khuẩn và VSV khác trong nướ c thải…………………………15

C. Ướ c lượ ng tải lượ ng ô nhiễm của nướ c thải1. Tải lượ ng các chất gây ô nhiễm …………………………………212. Nồng độ các ch ất gây ô nhiễm ………………………………….223. Dân số t ươ ng đươ ng ……………………………………………..23

D. Các yếu tố c ần thiết để l ựa chon thông số x ử lý………………………..23E. Sơ đồ quy trình x ử lý……………………………………………………25

F. Các phươ ng pháp xử lýI. Song chắn rác……………………………………………………..28

1. Chức năng và cấu tạo…………………………………………282. Mở r ộng kênh nơ i đặt song chắn……………………………...293. Kích thướ c song chắn…………………………………………29

II. Bể l ắng cát………………………………………………………..311. Chức năng và vị trí……………………………………………312. Các công thức tính…………………………………………….343. Bể l ắng cát có sục khí..………………………………………..384. Bể l ắng cát đứng có dòng chảy xoáy………………………… 38

III. Bể điều lưu……………………………………………………….38

1. Thành phần nướ c thải sinh hoạt và sự bi ến động………………382. Các loại nướ c thải khác…………………………………………403. Các bướ c tiến hành……………………………………………...40

IV. Lưu lượ ng k ế……………………………………………………….44V. Khuấy tr ộn………………………………………………………… .44VI. Bể l ắng sơ c ấ p………………………………………………………48

1. Ảnh hưở ng của nhiệt độ………………………………………….502. Ảnh hưở ng của cặn lắng…………………………………………51

VII. Bể l ọc bằng các hạt lọc…………………………………………….51VIII. Bể tuy ển nổi……………………………………………………….54




2

2

IX. Bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt…………………………………………… 55Phươ ng pháp hấ p phụ………………………………….............59

X. Keo tụ và t ạo bông…………………………………………………...60XI. Sơ l ượ c về quá trình x ử lý n ướ c bằng VSV………………………... 61

1. Quá trình hiếu khí, tùy nghi……………………………………..612. Quá trình yếm khí……………………………………………….64

• Quá trình hiếu khí, yếm khí……………………………...68• Các thiết bị x ử lý hi ếu khí………………………………..69• Bể bùn ho ạt tính………………………………………….70• Đĩ a tiế p xúc sinh học……………………………………..79

XII. Phươ ng pháp k ết tủa………………………………………………..82XIII. Phươ ng pháp quang xúc tác……………………………………….87XIV. Phươ ng pháp oxi hóa ……………………………………………..89

XV. Quá trình nitrat, nitric hóa………………………………………….921. Quá trình nitrát…………………………………………………..922. Quá trình khử nitrát……………………………………………..93

XVI. Phươ ng pháp khử trùng…...……………………………………….93G. Tái sử d ụng…………………………………………………………...98

1. Sản xuất nông nghiệ p……………………………………………982. Sản xuất biogas…………………………………………………..983. Sản xuất thủy sản………………………………………………..994. Tái sử d ụng gián tiế p…………………………………………….99

H. Quản lý nguồn nướ c………………………………………………….99QUY TRÌNH XỬ LÝ N ƯỚC THẢI TỰ NHIÊN……………………....105I. Quá trình tự làm s ạch nguồn nướ c…..………………………..105

1. Quá trình tự làm s ạch nguồn nướ c…………………………...1052. Quá trình xáo tr ộn nướ c thải…………………………………106

II. Quá trình xử lý n ướ c thải bằng thủy sinh vật………………….1061. Xử lý b ằng tảo………………………………………………...1062. Quy trình thiết k ế……………………………………………..1083. Xử lý b ằng các sinh vật có kích thướ c lớ n……………………1094. Các loài sinh vật chính………………………………………..109

III. Cánh đồng chảy tràn….………………………………………..112IV. Cánh đồng lọc…………………………………………………..115

1. Xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc……….…………………115• Cánh đồng lọc chậm……………………………………117• Cánh đồng lọc nhanh…………………………………...120




3

3

A. THÀNH PHẦN NƯỚ C THẢI

Trên b nh diện toàn cầu, nướ c là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nướ c chỉ h ữu dụng vớ icon ngườ i khi nó ở đúng nơ i, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượ ng theo yêu cầu. Hơ n 99% tr ữ lượ ng nướ c trên thế gi ớ i nằm ở d ạng không hữu dụng đối vớ i đa số các m ục đích của con ngườ i dođộ m ặn (nướ c biển), địa điểm, dạng (băng hà).

Phân bố và dạng của nướ c trên Trái đất

Địa điểm Diện tích (km2) Tổng thể tích nướ c(km3)

% tổng lượ ngnướ c

Các đại dươ ng và biển (nướ c

mặn)

361.000.000 1.230.000.000 97.2000

Khí quyển (hơ i nướ c) 510.000.000 12.700 0,0010

Sông, r ạch ------- 1.200 0,0001

Nướ c ngầm (đến độ sâu 0,8km)

130.000.000 4.000.000 0,3100

Hồ nướ c ngọt 855.000 123.000 0,0090

Tảng băng và băng hà 28.200.000 28.600.000 2.1500

Nguồn: US Geological Survey

Con ngườ i khai thác các nguồn nướ c tự nhiên để cung c ấ p nướ c cho các nhu cầu sinh hoạtvà sản xuất. Sau khi sử d ụng nướ c bị nhi ễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác. Nếukhông đượ c xử l ư tr ướ c khi thải vào các nguồn nướ c công cộng, chúng sẽ làm ô nhi ễm môi tr ườ ng.V v ậy nướ c thải tr ướ c khi thải vào sông, hồ (ngu ồn nướ c) cần phải đượ c xử l ư thích đáng. Mức độ xử l ư ph ụ thu ộc vào nồng độ b ẩn của nướ c thải; khả n ăng pha loăng giữa nướ c thải vớ i nướ cnguồn và các yêu cầu về m ặt vệ sinh, kh ả n ăng "tự làm s ạch của nguồn nướ c".

Theo các qui định về b ảo vệ môi tr ườ ng của Việt Nam, ô nhiễm nướ c là việc đưa vào cácnguồn nướ c các tác nhân lư, hóa, sinh học và nhiệt không đặc tr ưng về thành ph ần hoặc hàm lượ ngđối vớ i môi tr ườ ng ban đầu đến mức có khả n ăng gây ảnh hưở ng xấu đến sự phát tri ển b nh thườ ngcủa một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi tr ườ ng ban đầu.

Theo một định ngh ĩ a khác "Ô nhiễm nướ c mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạ p chất, cácchất không mong đợ i, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nướ c, vượ t khỏi khả n ăng tự làmsạch của các nguồn nướ c này"

Để thi ết k ế các công t ŕ nh xử l ư n ướ c thải, tr ướ c tiên chúng ta phải biết đặc điểm, thành phầncủa các chất gây ô nhiễm.




4

4

Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học của nướ c thải và nguồn sinh ra nó




5

5

Đặc điểm Nguồn

Lý học

• Màu Nướ c thải sinh hoạt hay công nghiệ p, thườ ng do sự phânhủy của các chất thải hữu cơ .

• Mùi Nướ c thải công nghiệ p, sự phân h ủy của nướ c thải

• Chất r ắn Nướ c cấ p, nướ c thải sinh hoạt và công nghiệ p, xói ṃònđất.

• Nhiệt Nướ c thải sinh hoạt, công nghiệ p

Hóa học

• Carbohydrate Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Dầu, mỡ N ướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Thuốc tr ừ sâu N ướ c thải nông nghiệ p

• Phenols Nướ c thải công nghiệ p

• Protein Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Chất hữu cơ bayhơ i

Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Các chất nguyhiểm

Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Các chất khác Do sự phân h ủy của các chất hữu cơ trong n ướ c thải trongtự nhiên

• Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nướ c cấ p, nướ c ngầm

• Chlorides Nướ c cấ p, nướ c ngầm

• Kim loại nặng Nướ c thải công nghiệ p

• Nitrogen Nướ c thải sinh hoạt, công nghiệ p

• pH Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p

• Phosphorus Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p; r ửa trôi

• Sulfur Nướ c thải sinh hoạt, thươ ng mại, công nghiệ p; nướ c cấ p




6

6

• Hydrogen sulfide Sự phân h ủy của nướ c thải sinh hoạt

• Methane Sự phân h ủy của nướ c thải sinh hoạt

• Oxygen Nướ c cấ p, sự trao đổi qua bề m ặt tiế p xúc không khí -nướ c

Sinh học

• Động vật Các ḍạng chảy hở và h ệ th ống xử lý

• Thực vật Các ḍạng chảy hở và h ệ th ống xử lý

• Eubacteria Nướ c thải sinh hoạt, hệ th ống xử lý

• Archaebacteria Nướ c thải sinh hoạt, hệ th ống xử lý• Viruses Nướ c thải sinh hoạt, hệ th ống xử lý

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá tŕnh xử lý nướ c thải

Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân đượ c xem là quan trọng

Các chất r ắn lơ l ửng Tạo nên bùn lắng và môi tr ườ ng yếm khí khi nướ c thải chưa xử lýđượ c thải vào môi tr ườ ng. Biểu thị b ằng đơ n vị mg/L.

Các chất hữu cơ có th ể phân hủy bằng conđườ ng sinh học

Bao gồm chủ y ếu là carbohydrate, protein và chất béo. Thườ ngđượ c đo bằng chỉ tiêu BOD và COD. N ếu thải thẳng vào nguồnnướ c, quá tŕ nh phân hủy sinh học sẽ làm suy ki ệt oxy ḥòa tan củanguồn nướ c.

Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhi ễm từ các vi sinh v ật gây bệnh trong nướ c thải. Thông số qu ản lư là MPN (Most Probable Number).

Các dưỡ ng chất N và P cần thiết cho sự phát tri ển của các sinh vật. Khi đượ c thảivào nguồn nướ c nó có thể làm gia t ăng sự phát tri ển của các loàikhông mong đợ i. Khi thải ra vớ i số l ượ ng lớ n trên mặt đất nó cóthể gây ô nhi ễm nướ c ngầm.

Các chất ô nhiễm nguyhại

Các hợ p chất hữu cơ hay vô c ơ có kh ả n ăng gây ung thư, biến dị,thai dị d ạng hoặc gây độc cấ p tính.

Các chất hữu cơ khó phân hủy

Không thể x ử lý đượ c bằng các biện pháp thông thườ ng. Ví dụ các nông dượ c, phenols...

Kim loại nặng Có trong nướ c thải thươ ng mại và công nghiệ p và cần loại bỏ khi




7

7

tái sử d ụng nướ c thải. Một số ion kim lo ại ức chế các quá t ŕ nh xử lý sinh học

Chất vô cơ ḥa tan Hạn chế vi ệc sử d ụng nướ c cho các mục đích nông, công nghiệ p

Nhiệt năng Làm giảm khả n ăng băo ḥòa oxy trong nướ c và thúc đẩy sự pháttriển của thủy sinh vật

Ion hydrogen Có khả n ăng gây nguy hại cho TSV

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

Low-maintenance Mechanically Simple Wastewater Treatment systems, 1980

Ở các thành ph ố có nhi ều nhà máy, khu công nghiệ p, nướ c thải công nghiệ p ảnh hưở ng r ất lớ nđến thành phần nướ c thải chung của thành phố, thị tr ấn và nó chứa nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo t ừng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm r ất phức tạ p. Do đó để gi ảmthiểu chi phí cho việc quản lý và xử lý, m ỗi nhà máy cần phải có các hệ th ống xử lý riêng để n ướ cthải thải vào các nguồn nướ c công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó.

Các loại chất thải và các nguồn thải chính

Loại chất thải Từ cống rănh, kênh thoát nướ c Từ các nguồn chảy tràn

N ướ c thải sinh hoạt N ướ c thải công

nghi ệ p

Chả y tràn t ừ khu sx

nông nghi ệ p

Chả y tràn ở khu vự c

thành thị

Các chất thảicần oxy để phânhủy

´ ´ ´ ´

Dưỡ ng chất ´ ´ ´ ´

Các mầm bệnh ´ ´ ´ ´

Chất r ắn lơ lửng/cặn lắng

´ ´ ´ ´

Muối ´ ´ ´

Kim loại độc ´ ´

Chất hữu cơ độc ´ ´

Nhiệt ´




8

8

B. CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚ C THẢI

1.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa là lượ ng oxy cần thiết để vi sinh v ật oxy hóa các chất hữu cơ trongmột khoảng thờ i gian xác định và đượ c ký hiệu bằng BOD đượ c tính bằng mg/L. Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhi ễm hữu cơ c ủa nướ c thải. BOD càng lớ n thì nướ c thải (hoặc nướ c nguồn) bị ô nhiễm càng cao và ngượ c lại.

Thờ i gian cần thiết để các vi sinh v ật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có th ể kéo dài đếnvài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nướ c thải, nhiệt độ và kh ả n ăng phân hủy các chất hữu

cơ c ủa hệ vi sinh v ật trong nướ c thải. Để chu ẩn hóa các số li ệu ngườ i ta thườ ng báo cáo k ết quả dướ i dạng BOD5 (BOD trong 5 ngày ở 20 oC). Mức độ oxy hóa các ch ất hữu cơ không đều theo thờ igian. Thờ i gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra vớ i cườ ng độ m ạnh hơ n và sau đó giảm dần.

Ví dụ: đối vớ i nướ c thải sinh hoạt và nướ c thải của một số ngành công nghi ệ p có thành phầngần giống vớ i nướ c thải sinh hoạt thì lượ ng oxy tiêu hao để oxy hóa các ch ất hữu cơ trong vài ngàyđầu chiếm 21%, qua 5 ngày đêm chiếm 87% và qua 20 ngày đêm chiếm 99%. Để ki ểm tra khả năng làm việc của các công trình xử lý n ướ c thải ngườ i ta thườ ng dùng chỉ tiêu BOD 5. Khi biếtBOD5 có th ể tính g ần đúng BOD20 b ằng cách chia cho hệ s ố bi ến đổi 0,68.

BOD20 = BOD 5 : 0,68

Hoặc tính BOD cuối cùng khi biết BOD ở m ột thờ i điểm nào đó ngườ i ta có thể dùng côngthức:

BODt = Lo (1 - e-kt)

hay BODt = Lo (1 - 10-Kt)

trong đó

BODt: BOD tại thờ i điểm t (3 ngày, 5 ngày...)

Lo: BOD cuối cùngk: tốc độ ph ản ứng (d-1) tính theo hệ s ố eK: tốc độ ph ản ứng (d-1) tính theo hệ s ố 10, k = 2,303(K)

Giá trị K và k tiêu biểu cho một số loại nướ c thải

Loại nướ c thải K (20oC) (day-1) k (20oC) (day-1)

Nướ c thải thô 0,15 ¸ 0,30 0,35 ¸ 0,70

Nướ c thải đã đượ c xử lý t ốt 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23




9

9

Nướ c sông bị ô nhi ễm 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23

Để tính giá tr ị k ở nhi ệt độ T ta có công th ức

Giải:

• Xác định BOD cuối cùng


200 mg/L = Lo (1 - e-0,23 × 5 )

Lo = 293 mg/L

• Xác định BOD ngày thứ nh ất


BODt = 60 mg/L2. Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD)

Chỉ tiêu BOD không ph ản ánh đầy đủ v ề l ượ ng tổng các chất hữu cơ trong n ướ c thải, vìchưa tính đến các chất hữu cơ không b ị oxy hóa b ằng phươ ng pháp sinh hóa và cũng chưa tính đếnmột phần chất hữu cơ tiêu hao để t ạo nên tế bào vi khu ẩn mớ i. Do đó để đánh giá một cách đầy đủ lượ ng oxy cần thiết để oxy hóa t ất cả các ch ất hữu cơ trong n ướ c thải ngườ i ta sử d ụng chỉ tiêu nhucầu oxy hóa học. Để xác định chỉ tiêu này, ng ườ i ta thườ ng dùng potassium dichromate (K 2Cr 2O7)để oxy hóa hoàn toàn các ch ất hữu cơ , sau đó dùng phươ ng pháp phân tích định lượ ng và côngthức để xác định hàm lượ ng COD.

Khi thiết k ế các công trình x ử lý n ướ c thải công nghiệ p hoặc hỗn hợ p nướ c thải sinh hoạtvà công nghiệ p cần thiết phải xác định BOD và COD.

3. pH của nướ c thải

pH của nướ c thải có một ý ngh ĩ a quan tr ọng trong quá trình xử lý. Các công trình x ử lýnướ c thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giớ i hạn từ 7 ÷ 7,6. Nh ư chúng ta đã biết môi tr ườ ng thuận lợ i nhất để vi khu ẩn phát triển là môi tr ườ ng có pH từ 7 ÷ 8. Cácnhóm vi khuẩn khác nhau có giớ i hạn pH hoạt động khác nhau. Ví dụ vi khu ẩn nitrit phát triểnthuận lợ i nhất vớ i pH từ 4,8 ÷ 8,8, còn vi khu ẩn nitrat vớ i pH từ 6,5 ÷ 9,3. Vi khu ẩn lưu huỳnh có






11

11

Để xác định hàm lượ ng các chất r ắn lơ l ửng phải tiến hành phân tích chúng bằng cách lọcqua giấy lọc bằng sợ th ủy tinh Whatmann 934AH và 948H (Whatmann GF/C) có kích thướ c các lổ khoảng 1,2 micrometter (μm) hoặc của Đức loại A/E. Lưu ý là các giấy lọc cấu tạo bằngPolycarbonate cũng có thể s ử d ụng đượ c, tuy nhiên các số li ệu có thể chênh l ệch do cấu trúc của

các loại giấy này khác nhau. Các chất r ắn lơ l ửng bị gi ữ l ại ở gi ấy lọc. Đem giấy lọc này sấy khôtuyệt đối ở nhi ệt độ 105 oC. Hàm lượ ng chất r ắn lơ l ửng sẽ đượ c tính bằng công thức:

trong đó

TSS: tổng các chất r ắn lơ l ửng (mg/L)A: tr ọng lượ ng của giấy lọc và các chất r ắn lơ l ửng sau khi sấy khô tuyệt đối (mg)

B: tr ọng lượ ng ban đầu của giấy lọc (mg)V: thể tích m ẫu nướ c thải qua lọc (L)

Hàm lượ ng chất r ắn lơ l ửng phụ thu ộc chủ y ếu vào lượ ng nướ c sử d ụng hàng ngày của mộtngườ i. Lượ ng nướ c tiêu thụ càng l ớ n thì hàm lượ ng các chất r ắn lơ l ửng nói riêng và các chất gâyô nhiễm nói chung càng nhỏ và ng ượ c lại. Tùy theo kích thướ c hạt, tr ọng lượ ng riêng của chúng,tốc độ dòng ch ảy và các tác nhân hóa học mà các chất lơ l ửng có thể l ắng xuống đáy, nổi lên mặtnướ c hoặc ở tr ạng thái lơ l ửng.

Để xác định hàm lượ ng các chất r ắn có khả n ăng lắng (settable solid) ngướ i ta dùng mộtdụng cụ th ủy tinh gọi là nón Imhoff có chia vạch thể tích. Cho 1 lít n ướ c thải vào nón Imhoff để

cho lắng tự nhiên trong vòng 45 phút, sau đó khuấy nhẹ sát thành nón r ồi để cho l ắng tiế p trongvòng 15 phút. Sau đó đọc thể tích ch ất lơ l ửng lắng đượ c bằng các vạch chia bên ngoài. Hàmlượ ng chất r ắn lơ l ửng lắng đượ c biểu thị b ằng đơ n vị mL/L. Ch ỉ tiêu ch ất r ắn có khả n ăng lắng biểu diễn gần đúng lượ ng bùn có thể lo ại bỏ đượ c bằng bể l ắng sơ c ấ p.

Ngoài các chất lắng đượ c, trong nướ c thải còn chứa các tạ p chất nổi (floating solid) cótr ọng lượ ng riêng nhỏ h ơ n tr ọng lượ ng riêng nướ c. Khi lắng các chất này nổi lên bề m ặt côngtrình. Theo các tính toán của Sở KHCN & MT C ần Thơ l ượ ng chất r ắn lơ l ửng tổng cộng do mộtngườ i ở khu v ực Cần Thơ th ải ra trong một ngày đêm là 200 g.

Các chất r ắn hòa tan (không lọc đượ c bao gồm các hạt keo và các chất hòa tan. Các hạt

keo có kích thướ c từ 0,001 ÷ 1 mm, các h ạt keo này không thể lo ại bỏ b ằng phươ ng pháp lắng cơ học. Các chất hòa tan có thể là phân t ử ho ặc ion của chất hữu cơ hay vô c ơ .

Để xác định hàm lượ ng hữu cơ c ủa các chất r ắn lơ l ửng ngườ i ta sử d ụng chỉ tiêu VSS(volatile suspended solid) bằng cách đem hóa tro các chất r ắn ở 550 ± 50 oC trong 1 gi ờ . Phần bayhơ i là các chất hữu cơ (VSS), ph ần còn lại sau khi hóa tro là các chất vô cơ FSS (Fixed suspendedsolid). Lưu ý hầu hết các muối vô cơ đều không bị phân h ủy ở nhi ệt độ d ướ i 825oC, chỉ tr ừ magnesium carbonate bị phân h ủy thành MgO và CO2 ở nhi ệt độ 350 oC. Chỉ tiêu VSS c ủa nướ cthải thườ ng đượ c xác định để bi ết rõ khả n ăng phân hủy sinh học của nó.




12

12

Mối quan hệ giữ a các thành phần chất rắn trong nướ c và nướ c thải

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

Bài tập 1.1: Cho các s ố li ệu sau

Tr ọng lượ ng của đĩ a dùng chứa mẫu là 53,5433 g

Tr ọng lượ ng của đĩ a và các chất r ắn còn lại sau khi cho nướ c thải bay hơ i ở 105 oC là 53,5793 g

Tr ọng lượ ng của đĩ a và các chất r ắn còn lại sau khi hóa tro nướ c thải ở 550 oC là 53,5772 g

Tr ọng lượ ng giấy lọc Whatmann là 1,5433 g

Tr ọng lượ ng giấy lọc Whatmann và các chất r ắn trên giấy lọc sau khi lọc mẫu là 1,5553 g

Tr ọng lượ ng sau khi hóa tro là 1,5531g

Tất cả các m ẫu thử đều có thể tích là 50 mL. Xác định TS, VS, SS, VSS




13

13

Giải:

6 .Các kim loại độc và các chấ t hữ u cơ độc

Nướ c chảy tràn ở khu v ực sản xuất nông nghiệ p có chứa dư l ượ ng thuốc tr ừ sâu và thu ốc tr ừ cỏ, trong khi nướ c chảy tràn ở các khu đô thị ch ứa chì và k ẽm (chì từ khói xe ô tô, k ẽm từ vi ệc bàomòn các lớ p xe). Nhiều ngành công nghiệ p thải ra các loại kim loại và chất hữu cơ độc khác. Cácchất này có khả n ăng tích tụ và khu ếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải đượ c quản lý tốt.

Hàm lượ ng chloride 4000 ppm gây độc cho cá nướ c ngọt, Cr 6+ gây độc cho cá ở n ồng độ 5 ppm. Đồng ở hàm l ượ ng 0,1 ÷ 0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và một số sinh v ật khác. P2O5 ở n ồngđộ 0,5 ppm gây tr ở ng ại cho quá trình tạo bông cặn và lắng trong các nhà máy nướ c. Phenol ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đề cho các ngu ồn nướ c.

7. S ự tiêu thụ oxy

Để quá trình t ự làm s ạch diễn ra một cách bình thườ ng ở ngu ồn nướ c thì cần phải có mộtlượ ng dự tr ữ oxy hòa tan (DO).

Việc tiêu thụ l ượ ng oxy hòa tan do quá trình oxy hóa các chất hữu cơ b ở i các vi khuẩn (quátrình oxy hóa sinh hóa) thực hiện qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn thứ nh ất: oxy hóa các chất hữu cơ cao phân t ử t ạo cacbonic và nướ c (phươ ngtrình 1.1)

Giai đoạn thứ hai: oxy hóa các ch ất chứa nitơ thành nitrit và sau đó thành nitrat (phươ ngtrình 1.7 đến phươ ng trình 1.10).




14

14

S ự hòa tan oxy vào nướ c nguồn

Song song vớ i quá trình tiêu thụ oxy, để oxy hóa các ch ất hữu cơ trong ngu ồn nướ c luônxảy ra quá trình bổ sung l ượ ng oxy mớ i. Nguồn bổ sung oxy là không khí. Chúng hòa tan vào

nguồn nướ c qua mặt thoáng của nguồn nướ c. Ngoài ra còn có một lượ ng oxy bổ sung vào n ướ cnguồn còn do quá trình quang hợ p của thực vật sống trong nướ c. Các thực vật này đồng hóacacbon từ axít cacbonic tan trong n ướ c và giải phóng oxy tự do (pt 1.6).

Như các ch ất khí khác, độ hòa tan c ủa oxy phụ thu ộc vào nhiệt độ, áp suất, độ m ặn củanướ c.

Độ hòa tan c ủa oxy vào nướ c phụ thu ộc vào diện tích tiế p xúc giữa hai pha oxy và nướ c. Vìvậy trong điều kiện như nhau, độ hòa tan đó phụ thu ộc vào mức độ xáo tr ộn gây ra bở i dòng chảycũng như các tác nhân nh ư gió trên m ặt thoáng của dòng chảy.

Lượ ng oxy hòa tan của không khí vào nướ c theo nhiệt độ và độ mặn ở 1atm

ToC DO mg/L ToC DO mg/L

0 ppm salinity 5 ppm salinity 0 ppm salinity 5 ppm salinity

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

11,28

11,02

10,77

10,53

10,29

10,07

9,86

9,65

9,45

9,26

9,08

10,92

10,67

10,43

10,20

9,98

9,77

9,56

9,36

9,17

8,99

8,81

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

8,90

8,73

8,56

8,40

8,24

8,09

7,95

7,81

7,67

7,54

7,41

8,64

8,48

8,32

8,16

8,01

7,87

7,73

7,59

7,46

7,33

7,21

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, disposal, reuse (1991)




15

15

8 .Nhiệt

Các nướ c thải từ nhà máy nhi ệt điện và lò hơ i của một số ngành công nghi ệ p có nhiệt độ r ấtcao. Khi thải ra môi tr ườ ng, nó làm tăng nhiệt độ c ủa các thủy vực ảnh hưở ng đến một số th ủy sinh

vật và làm suy giảm oxy hòa tan trong nguồn nướ c (do khả n ăng bão hòa oxy trong nướ c nóngthấ p hơ n và vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ s ẽ ho ạt động mạnh hơ n).

9. Màu (color)

Các nướ c thải từ nhà máy d ệt, giấy, thuộc da, lò mổ... có độ màu r ất cao. Nó có thể làm c ảntr ở kh ả n ăng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nướ c gây ảnh hưở ng đến khả n ăng quang hợ p củahệ th ủy sinh thực vật. Nó còn làm mất vẽ m ỹ quan c ủa nguồn nướ c nên r ất dễ b ị s ự ph ản ứng củacộng đồng lân cận.

10. Các chấ t t ạo bọt (foam-producing matter)

Các nướ c thải từ nhà máy d ệt, giấy, các nhà máy hóa chất có chưá các chất tạo bọt, đây làmột dạng ô nhiễm dễ phát hi ện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận.

11. Các chấ t gây tr ở ng ại cho quá trình x ử lý

• Lông vũ làm t ắt nghẽn đườ ng ống, dầu bơ m.• Các mảnh mỡ nh ỏ làm ngh ẹt các đầu bơ m.• Cỏ rác làm ngh ẹt các đầu bơ m.• Các chất khí độc gây nguy hại tr ực tiế p đến công nhân vận hành.• Các chất có khả n ăng gây cháy nổ.

VI KHU Ẩ N VÀ SINH V Ậ T KHÁC TRONG N ƯỚ C TH Ả I

Các vi sinh vật hiện diện trong nướ c thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinhđộng vật, các loài động và thực vật bậc cao.

Các vi khuẩn trong n ướ c thải có thể chia làm 4 nhóm l ớ n: nhóm hình cầu (cocci) có đườ ngkính khoảng 1 ÷ 3 mm; nhóm hình que ( bacilli) có chiều r ộng khoảng 0,3 ÷ 1,5 mm chi ều dàikhoảng 1 ÷ 10,0 mm ( điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chi ều r ộng 0,5 mm chiều dài 2mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều r ộng khoảng 0,6÷ 1,0 mm và chi ều dài khoảng 2 ÷ 6 mm; trong khi vi khu ẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên

đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợ i có chiều dài khoảng 100 mm hoặc dài hơ n. Các vi khuẩn cókhả n ăng phân hủy các hợ p chất hữu cơ trong t ự nhiên c ũng như trong các b ể x ử lý. Do đó đặcđiểm, chức năng của nó phải đượ c tìm hiểu k ỹ. Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả n ăng gây bệnh vàđượ c sử d ụng làm thông số ch ỉ th ị cho vi ệc ô nhiễm nguồn nướ c bở i phân. Điều này sẽ bàn k ỹ trong phần sau.

Nấm có c ấu tạo cơ th ể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợ p và là loài hóa dị d ưỡ ng.Chúng lấy dưỡ ng chất từ các ch ất hữu cơ trong n ướ c thải. Cùng vớ i vi khuẩn, nấm chịu tráchnhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong n ướ c thải. Về m ặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm sovớ i vi khuẩn: nấm có thể phát tri ển trong điều kiện ẩm độ th ấ p và pH. Không có sự hi ện diện củanấm, chu trình carbon sẽ ch ậm lại và các chất thải hữu cơ s ẽ tích t ụ trong môi tr ườ ng.




16

16

Tảo gây ảnh hưở ng bất lợ i cho các nguồn nướ c mặt vì ở điều kiện thích hợ p nó sẽ pháttriển nhanh bao phủ b ề m ặt ao hồ và các dòng n ướ c gây nên hiện tượ ng "tảo nở hoa". S ự hi ện diệncủa tảo làm giảm giá tr ị c ủa nguồn nướ c sử d ụng cho mục đích cấ p nướ c bở i vì chúng tạo nên mùivà vị.

Nguyên sinh động vật có c ấu tạo cơ th ể đơ n bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có m ột số loài s ống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan tr ọng trong quá trình xử lý nướ c thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate. Các nguyên sinh động vật này ăn cácvi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan tr ọng trong việc cân bằng hệ vi sinhvật trong các hệ th ống xử lý sinh h ọc. Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho ngườ i như Giardalamblia và Cryptosporium.

Động vật và thự c vật bao g ồm các loài có kích thướ c nhỏ nh ư rotifer đến các loài giáp xáccó kích thướ c lớ n. Các kiến thức về các loài này r ất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô nhi ễmcủa các nguồn nướ c cũng như độc tính của các loại nướ c thải.

Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân ngườ i có khả n ănglây truyền bệnh r ất cao. Một số loài có kh ả n ăng sống đến 41 ngày trong nướ c và nướ c thải ở 20 oC và 6 ngày trong nướ c sông bình thườ ng.

Nướ c thải có chứa một lượ ng khá lớ n các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút, nguyênsinh động vật và các loại trùng. Nguồn gốc chủ y ếu là trong phân ngườ i và gia súc.

Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xế p loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ gâynguy hiểm của nó đối vớ i con ngườ i. Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức khỏe conngườ i chỉ x ảy ra đáng k ể khi s ử d ụng hoặc phân tươ i hoặc phân lắng chưa k ỹ, và các biện pháp xử

lý thích đáng sẽ góp ph ần đáng k ể trong vi ệc bảo vệ s ức khỏe con ngườ i.

Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nướ c bở i phân

Coliforms và Fecal Coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả n ăng lên menlactose để sinh ga ở nhi ệt độ 35 ± 0.5 oC, coliform có khả n ăng sống ngoài đườ ng ruột của động vật(tự nhiên), đặt biệt trong môi tr ườ ng khí hậu nóng. Nhóm vi khuẩn coliform chủ y ếu bao gồm cácgiống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và c ả Fecal coliforms (trong đó E.Coli là loài thườ ng dùng để ch ỉ định việc ô nhiễm nguồn nướ c bở i phân). Chỉ tiêu t ổng coliformkhông thích hợ p để làm ch ỉ tiêu ch ỉ th ị cho vi ệc nhiễm bẩn nguồn nướ c bở i phân. Tuy nhiên việcxác định số l ượ ng Fecal coliform có thể sai l ệch do có một số vi sinh v ật (không có nguồn gốc từ

phân) có thể phát tri ển ở nhi ệt độ 44oC

. Do đó số l ượ ng E. coli đượ c coi là một chỉ tiêu thích h ợ pnhất cho việc quản lý nguồn nướ c.

Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ y ếu sống trong đườ ng ruột của độngvật như Streptococcus bovis và S. equinus; m ột số loài có phân b ố r ộng hơ n hiện diện cả trongđườ ng ruột của ngườ i và động vật nhu S. faecalis và S. faecium hoặc có 2 biotype (S. faecalis varliquefaciens và loại S. faecalis có khả n ăng thủy phân tinh bột). Các loại biotype có khả n ăng xuấthiện cả trong n ướ c ô nhiễm và không ô nhiễm. Việc đánh giá số l ượ ng Faecal streptococci trongnướ c thải đượ c tiến hành thườ ng xuyên; tuy nhiên nó có các giớ i hạn như có th ể l ẫn lộn vớ i các biotype sống tự nhiên; F. streptococci r ất dễ ch ết đối vớ i sự thay đổi nhiệt độ. Các thử nghi ệm về sau vẫn khuyến khích việc sử d ụng chỉ tiêu này, nh ất là trong việc so sánh vớ i khả n ăng sống sót




17

17

của Salmonella. Ở M ỹ, số l ượ ng 200 F. coliform/100 mL là ngưỡ ng tớ i hạn trong tiêu chuẩnquản lý các nguồn nướ c tự nhiên để b ơ i lội.

Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ th ị duy nh ất tạo bào tử trong môi tr ườ ng yếm

khí; do đó nó đượ c sử d ụng để ch ỉ th ị các ô nhi ễm theo chu k ỳ ho ặc các ô nhiễm đã xảy ra tr ướ cthờ i điểm khảo sát do độ s ống sót lâu của các bào tử. Trong việc tái sử d ụng nướ c thải chỉ tiêu nàyđượ c đánh giá là r ất hiệu quả, do các bào tử c ủa nó có khả n ăng sống sót tươ ng đươ ng vớ i một số loại vi rút và tr ứng ký sinh trùng.

Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác r ất khó, tốn kém thờ i gian và tiền bạc. Do đó để phát hi ện nguồn nướ c bị ô nhi ễm bở i phân ngườ i ta dùng các chỉ định như là s ự hi ệndiện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa.Cũng cần phải nói thêm r ằng mối quan hệ gi ữa sự ch ết đi của các vi sinh vật chỉ th ị và vi sinh v ậtgây bệnh chưa đượ c thiết lậ p chính xác. Ví dụ khi ng ườ i ta không còn phát hiện đượ c FecalColiform nữa thì không có ngh ĩ a là tất cả các vi sinh v ật gây bệnh đều đã chết hết. Trong quá trình

thiết k ế các h ệ th ống xử lý các nhà khoa h ọc và k ỹ thu ật phải hạn chế t ối đa các ảnh hưở ng củachất thải tớ i sức khoẻ c ộng đồng. Mỗi nướ c, mỗi địa phươ ng thườ ng có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế. Do kinh phí và điều kiện có giớ i hạn các Sở KHCN & MT th ườ ng dùng chỉ tiêu E. coli hoặc tổng coliform để qui định chất lượ ng các loại nướ c thải.

X ế p loại các vi sinh vật có trong phân ng ườ i và gia súc theo mứ c độ nguy hi ể m

Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma, Ascaris, Trichuris và Taenia)

Mức độ nguy hiểm trung bình Vi khuẩn đườ ng ruột (Chloera vibrio, Sallmonella typhosa,Shigella và một số lo ại khác)

Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đườ ng ruột

Số l ượ ng coliform hay E. coli đượ c biểu diễn bằng số kh ả h ữu MPN (Most Probable Number). Vàsau khi có k ết quả nuôi c ấy ta có thể dùng công th ức Thomas để tính s ố MPN :

trong đó Np: số ống nghiệm phát hiện coliform (possitive)Vn: thể tích m ẫu trong các ống nghiệm không phát hiện coliform (negative)Vt: tổng thể tích m ẫu trong tất cả các ống nghiệm.

Bài tập: Khi nuôi c ấy để xác định số l ượ ng coliform, ngườ i ta có các k ết quả sau

Thể tích m ẫu (mL) Ống dươ ng tính Ống âm tính

10.0 4 1




18

18

1.0 4 1

0.1 2 3

0.01 0 5

Giải:

Số ống dươ ng tính:

4 + 4 + 2 + 0 = 10

Thể tích m ẫu trong các ống âm tính:

(1 × 10) + (1 × 1,0) + (3 × 0,1) + (5 × 0,01) = 11,35 mL

Thể tích m ẫu trong tất cả các ống:

(5 × 10) + (5 × 1,0) + (5 × 0,1) + (5 × 0,01) = 55,55 mL

Số coloform kh ả h ữu/100mL mẫu

Vi ệc xác đị nh các vi sinh vật gây bệnh chủ yế u

Các loài này chỉ xác định đượ c trong phòng thí nghiệm bở i những k ỹ thu ật viên vớ i trình độ thích hợ p.

Salmonella spp.: một vài loài Salmonella có th ể hi ện hiện trong nướ c thải đô thị, k ể c ả S. typhi (gây bệnh thươ ng hàn). Doran et al, 1977 cho r ằng số l ượ ng 700 Salmonella/L; khoảng chừng đóShigellae và khoảng 1.000 Vibrio cholera/L thườ ng phát hiện trong nướ c thải đô thị c ủa khu vựcnhiệt đớ i. Shigellae và Vibrio cholera nhanh chóng ch ết đi khi thải ra môi tr ườ ng. Do đó nếuchúng ta sử d ụng một biện pháp xử lý nào đó để lo ại đượ c Salmonella thì c ũng có thể b ảo đảm là phần lớ n các vi khuẩn kia đã bị tiêu di ệt.

Enteroviruses: có thể gây các b ệnh nguy hiểm như s ở i, viêm màng não.

Rotaviruses: gây bệnh vùng vị tr ườ ng. Số l ượ ng của chúng tươ ng đối thấ p hơ n enteroviruses. Ngườ i ta đã chứng minh đượ c r ằng việc loại bỏ các loài vi rút có quan h ệ m ật thiết vớ i việc loại bỏ các chất r ắn lơ l ửng.

Ký sinh trùng: thườ ng thì các bệnh ký sinh trùng chủ y ếu là do Ascaris lumbricoides, tr ứngcủa loài ký sinh trùng này có kích thướ c lớ n (45 ÷ 70 mm × 35 ÷ 50 mm) và các ph ươ ng pháp để xác định ký sinh trùng đã đượ c thiết lậ p bở i WHO, 1989.




19

19

Các vi sinh vật chỉ thị dùng để quản lý cho các nguồn nướ c có mục đích sử dụng khácnhau

M ục đ ích sử d ụng của nguồnnướ c

Vi sinh vật chỉ thị

Nướ c uống Coliform tổng số (Total coliform)

Nguồn nướ c ngọt cho các dịchvụ gi ải trí

Fecal coliform

E. coli

Enterococci

Nguồn nướ c lợ cho các d ịch vụ giải trí

Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform)

Enterococci

Khu vực sinh tr ưở ng của các loàiốc, sò...

Fecal coliform


Tướ i tiêu trong nông nghiệ p Coliform tổng số (Total coliform) cho n ướ c thải đã xử lý

Nướ c thải sau khi khử trùng Fecal coliform


Thelinked imagecannotbedisplayed.Thefilemay havebeen moved,renamed,or deleted.Verify thatthelink pointsto thecorrectfileand location.

Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nướ c bị nhi ễm bẩn bở i phân ngườ i hay phân giasúc để có nh ững biện pháp quản lý thích hợ p. Khi đó ngườ i ta thườ ng sử d ụng tỉ l ệ Fecal coliformtrên Fecal streptococci. Các số li ệu về t ỉ l ệ Fecal coliform/Fecal streptococci đượ c trình bày trong bảng 1.7.

Số lượ ng các vi sinh vật chỉ thị trên đầu ngườ i và đầu gia súc

Sinhvật

TB mật độ cá thể/g phân TB số cá thể cho ra/đầu.24 h

Fecalcoliform

(106 )

Fecalstreptococci

(106 )

Fecalcoliform (106 )

Fecalstreptococci

(106 )

Tæ leä

FC/FS

Gà 1,3 3,4 240 620 0,4

Bò 0,23 1,3 5.400 31.000 0,2




20

20

Vịt 33,0 54,0 11.000 18.000 0,6

Ngöôøi 13,0 3,0 2.000 450 4,4

Heo 3,3 84,0 8.900 230.000 0,04

Cöøu 16,0 38,0 18.000 43.000 0,4

Gaøloâi

0,29 2,8 130 1.300 0,1

Qua bảng 1.7 chúng ta thấy tỉ l ệ FC/FS c ủa các gia súc, gia cầm đều dướ i 1 trong khi tỉ l ệ FC/FS của ngườ i lớ n hơ n 4. Nếu FC/FS nằm trong khoảng từ 1 ÷ 2 và m ẫu đượ c lấy cận khu vựcnghi ngờ b ị ô nhi ễm bở i phân, ngướ i ta có thể suy lu ận là nguồn nướ c bị ô nhi ễm bở i cả phân

ngườ i và phân gia súc. Để vi ệc suy luận đạt đượ c độ tin c ậy, các điều kiện sau đây phải đượ c thỏa:

• pH của mẫu phải từ 4 - 9 để b ảo đảm không có ảnh hưở ng xấu đến cả hai nhóm vi khu ẩnnày.

• Mỗi mẫu phải đượ c đếm í nhất 2 lần.• Để gi ảm thiểu sai số do t ỉ l ệ ch ết khác nhau, mẫu phải đượ c lấy tại nơ i cách nguồn gây ô

nhiễm không quá 24 h (tính theo vận tốc dòng chảy).• Chỉ nh ững cá thể Fecal coliform phát hi ện ở phép th ử ở 44 oC m ớ i đượ c dùng để tính t ỉ l ệ

FC/FS

Loại và số l ượ ng các vi sinh vật trong nướ c thải sinh hoạt chư a x ử lý

Sinh vật Số lượ ng cá thể/mL

Tổng coliform 105 - 10 6

Fecal coliform 104 - 10 5

Fecal streptococci 105 - 10 4

Enterococci 102 - 10 3

Shigella Hiện diện

Salmonella 100 - 10 2

Pseudomonas aeroginosa 101 - 10 2

Clostrium perfringens 101 - 10 3

Mycobacterium tuberculosis Hiện diện

Cyst nguyên sinh động vật 101 - 10 3

Cyst của Giardia 10-1

- 102




21

21

Cyst của Cryptosporium 10-1 - 10 1

Tr ứng ký sinh trùng 10-2 - 10 1

Vi rút đườ ng ruột 101

- 102

Mức độ nhi ễm bẩn vi sinh vật của nguồn nướ c phụ thu ộc nhiều vào tình tr ạng vệ sinh trongkhu dân cư và nh ất là các bệnh viện. Đối vớ i nướ c thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý c ục bộ tr ướ ckhi xả vào h ệ th ống thoát nướ c chung hoặc tr ướ c khi xả vào sông h ồ.

Nguồn nướ c bị nhi ễm bẩn sinh học không sử d ụng để u ống đượ c, thậm chí nếu số l ượ ng vikhuẩn gây bệnh đủ cao thì ngu ồn nướ c này cũng không thể dùng cho m ục đích giải trí như b ơ i lội,câu cá đượ c. Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể s ử d ụng làm thức ăn tươ i sốngđượ c vì nó là ký chủ trung gian c ủa các ký sinh trùng gây bệnh.

Số lượ ng 1 số vi sinh vật gây bệnh trong phân và nướ c cống rãnh

(của một cộng đồng 50.000 dân ở nhiệt đớ i)

Vi sinh vật gây bệnh

Tỉ l ệ nhiễm (%)

(a)

Số VSV/g phân

(b)

Tổng VSV/ 1 ngườ i bị nhi ễm/ ngày ( =

100 g phân) (c)

TổngVSV/ngày

của TP

Nồng độ/Ltrong nướ ccống rãnh

(b)

Vi rút

Enteroviruses 5 10 6 10 8 2, x 10 11 5.000

Vi khuẩn

E.Coli (e) ? 10 8 10 10 ? ?

Salmonella spp 7 10 6 10 8 3.5 x 10 11 7.000

Shigella spp 7 10 6 10 8 3,5 x 10 11 7.000

Vibrio Cholerae 1 10 6 10 8 5 x 10 10 1.000

Protozoa

Entamoeba

histolyca 30 15 ´ 104 15 ´ 10 6 2,5 ´ 10 11 4.500

Ký sinh trùng

Ascaris

lambricoides 60 104f 10 6 3 ´ 10 10 600

Hook worm 40 800f 8 ´ 10 4 1,6 ´ 10 9 32

Schistosoma 25 40f

4 ´ 103

5 ´ 107

1




22

22

mansoni

Taenia saginata 1 10 4 10 6 5 ´ 10 9 10

Trichuristrichiara 60 2 ´ 10

3f

2 ´ 105

6 ´ 109

120

Nguồn: Feachem et al. 1983, trích bở i Chongrak 1989

? Không có số li ệu chính xác

a. Tỉ l ệ nhi ễm nhưng chưa có triệu chứng bệnh

b. Những VSV dướ i đây có khả n ăng tồn tại ngoài cơ th ể ch ủ khác nhau. M ột vài loài chếtnhanh chóng ngay sau khi thải ra. Lượ ng VSV ở trong n ướ c cống rãnh đượ c tính toán dựa trên cơ

sở m ỗi ngườ i sử d ụng 100 lít nướ c/ngày và 90% lượ ng VSV trong phân đã bị vô hi ệu hóa sau vài phút k ể t ừ lúc phân đượ c thải ra ngoài.

c. Giả s ử r ằng trung bình mỗi ngày một ngườ i thải ra 100g

d. Tính luôn polio, echo và coxsackieviruses

e. Tổng các loại E.Coli

f. Số l ượ ng tr ứng ký sinh thải ra.

g. Ancyclostoma duodenale và Necator americanes

Đặc tính của nướ c thải sinh hoạt (mg/L)

Chæ tieâu Noàng ñoä

Cao Trung bình Thaáp

BOD5 400 220 110

COD 1.000 500 250

Đạm hữu cơ 35 15 8

Đạm amôn 50 25 12

Đạm tổng số 85 40 20

Lân tổng số 15 8 4

Tổng số chất rắn 1.200 720 350




23

23

Chất rắn lơ lửng 350 220 100

Nguồn: Metcalf and Eddy, 1979, trích bở i Chongrak 1989

C. ƯỚ C LƯỢ NG TẢI LƯỢ NG Ô NHIỄM CỦA NƯỚ C THẢI

1. T ải l ượ ng các chấ t gây ô nhi ễ m

Trong quá trình tính toán các công trình xử lý, nh ư đã trình bày ở trên c ần phải biết thành phần của nướ c thải qua phân tích hóa học. Tuy nhiên trong nhiều tr ườ ng hợ p khi thiết k ế tr ạm xử lý nướ c thải cho thành phố, thị tr ấn... những nơ i chưa có hệ th ống thoát nướ c đang hoạt động để cóthể l ấy mẫu nướ c phân tích về thành ph ần của chúng. Trong tr ườ ng hợ p thiết k ế các công trình x ử lý cho xí nghiệ p công nghiệ p có thể tham kh ảo các số li ệu về thành ph ần nướ c thải của các xínghiệ p công nghiệ p tươ ng tự. Khi thiết k ế khôi ph ục hoặc cải tạo những thành phố thì thành ph ần

của nướ c thải phải đượ c xác định bằng tính toán. Để tính toán c ần phải biết tải lượ ng ô nhiễm củamột ngườ i có sử d ụng hệ th ống thoát nướ c trong một ngày đêm tính. Lượ ng các chất ô nhiễm cóthể tham kh ảo theo bảng sau

Tải lượ ng ô nhiễm nướ c thải sinh hoạt tính cho một ngườ i trong ngày đêm

Tác nhân gây ô nhiễm Tải lượ ng

Chất r ắn lơ l ửng (SS) (g/ngđ) 200

BOD5 (g/ngđ) 45 ¸ 54

COD (g/ngđ) 1,8 ´ COD

Tổng Nitơ (g/ng đ) 6 ¸ 12

Tổng Photpho (g/ngđ) 0,8 ¸ 4,0

Dầu mỡ (g/ng đ) 10 ¸ 30

Tổng Coliform (cá thể) 106 ¸ 10 9

Fecal Coliform (cá thể) 105 ¸ 10 6

Tr ứng giun sán 103

Nguồn: S ở KHCN & MT C ần Thơ ( ĐTM Xí Nghiệ p Thuộc Da MeKo,1995)

Ngoài ra cũng cần phải biết lượ ng nướ c tiêu thụ c ủa một đầu ngườ i. Ở các thành ph ố c ủanhững nướ c phát triển đang phát triển có hệ c ống rãnh để d ẫn các nướ c thải sinh hoạt đến khu xử lý trung tâm. Nướ c thải này bao gồm phân, nướ c tiểu ngườ i, nướ c nhà cầu, tắm giặt và đượ c phaloãng tùy thuộc vào lượ ng nướ c đượ c sử d ụng của một đầu ngườ i. Theo White (1977), đối vớ i cư dân nông thôn không có nướ c máy mỗi đầu ngườ i hàng ngày tiêu thụ t ừ vài lít t ớ i 25 lít nướ c. Đốivớ i các hộ gia đình có một robinet nướ c thì mỗi đầu ngườ i tiêu thụ t ừ 15 ÷ 90 lít và có nhi ều

robinet thì khoảng 30 ÷ 300 lít m ỗi ngày.




24

24

2. N ồng độ các chấ t gây ô nhi ễ m

Nồng độ các ch ất gây ô nhiễm đượ c xác định bằng công thức:

Trong đó

C: nồng độ ch ất gây ô nhiễmTP: Tải lượ ng ô nhiễm (mg)Q: Lượ ng nướ c tiêu thụ (L/ng đ)

Nhiều khi nướ c thải sinh hoạt đượ c tr ộn lẫn vớ i nướ c thải công nghiệ p, do đó ảnh hưở ng

đến thành phần của nướ c thải. Trong tr ườ ng hợ p đó, cần xác định nồng độ ch ất gây ô nhiễm củahỗn hợ p nướ c thải sinh hoạt và nướ c thải công nghiệ p. Nồng độ ch ất gây ô nhiễm của hỗn hợ pnướ c thải sinh hoạt và công nghiệ p đượ c tính theo công thức:

Trong đó

Chh: nồng độ ch ất gây ô nhiễm của hỗn hợ p nướ c thải (mg/L)Csh và Qsh: nồng độ và l ưu lượ ng của nướ c thải sinh hoạtCcn và Qcn: nồng độ và l ưu lượ ng của nướ c thải công nghiệ p

3. Dân số t ươ ng đươ ng

Dân số t ươ ng đươ ng là dân số gây ra m ột lượ ng chất gây ô nhiễm tươ ng đươ ng vớ i lượ ngchất gây ô nhiễm do nướ c thải của một xí nghiệ p nào đó tạo nên.

Trong đó

Np: dân số t ươ ng đươ ngTp: tải lượ ng ô nhiễm của 1 đầu ngườ iCcn, Qcn: nồng độ và l ưu lượ ng nướ c thải công nghiệ p

Dân số tính toán để thi ết k ế tr ạm xử lý đượ c tính bằng tổng dân số thành ph ố và dân s ố tươ ng đươ ng.




25

25

D. CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ LỰ A CHỌN HỆ THỐNG XỬ LÝ

Như đã trình bày ở ph ần tr ướ c, nướ c thải tr ướ c khi xả vào ngu ồn cần thiết phải đượ c xử lýđể không làm ô nhi ễm môi tr ườ ng. Tùy theo loại nguồn nướ c mà chất thải sẽ x ả vào chúng ta s ẽ

tham khảo bảng "giớ i hạn nồng độ t ối đa của các chất ô nhiễm trong nướ c thải" để bi ết mức độ cần thiết phải làm sạch nướ c thải. Tùy theo điều kiện tài chíïnh, diện tích, nhân lực của xí nghiệ pđể l ựa chọn các hệ th ống xử lý phù h ợ p. Để b ảo đảm cho việc thiết k ế h ệ th ống xử lý c ần thiết phảithu thậ p các số li ệu sau:

Qui trình sản xuất của xí nghiệ p (trong đó phải xác định khâu nào sinh ra nướ c thải? thành phần? bao nhiêu? k ế ho ạch giảm thiểu nướ c thải nếu có?)

Về l ưu lượ ng nướ c thải cần thiết phải xác định tổng lượ ng nướ c thải/ng.đ, lưu lượ ng nướ cthải theo từng giờ trong ngày, s ự bi ến thiên lưu lượ ng nướ c thải theo giờ , ca, mùa vụ s ảnxuất.

Về thành ph ần nướ c thải: nên xác định các chỉ tiêu nh ư BOD, COD, màu, SS, VSS, Totalcoliform, hàm lượ ng các hóa chất khác nếu có (theo đặc tr ưng của từng loại hình sản xuất)

Các qui đị nh của S ở KHCN & MT về tiêu chuẩ n nướ c thải.

Khi thi ế t k ế hệ thố ng x ử lý nhớ chú tr ọng đế n các đ i ể m sau:

a. Nhu cầu của chủ nhân hệ thố ng xử lý

Đây là một yếu tố quan tr ọng nhất là đối vớ i các cộng đồng nhỏ ch ưa có kinh nghiệm

về xây d ựng và vận hành các hệ th ống xử lý. Nó liên h ệ đến vấn đề v ốn đầu tư, khả n ăng vận hành,nhân sự điều hành hệ th ống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả n ăng ảnh hưở ng đến môi tr ườ ng.

Đối vớ i tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là k ỹ s ư thi ết k ế và ch ủ nhân ph ải hiểu rõcác mục tiêu, mục đích chung để th ỏa mãn đượ c nhu cầu của chủ nhân mà v ẫn bảo đảm đượ c yêucầu cơ b ản trong việc lựa chọn phươ ng pháp xử lý ( đạt tiêu chuẩn nướ c thải cho phép thải vàonguồn nướ c công cộng, có hiệu quả kinh t ế, giảm nhẹ các ảnh hưở ng xấu đến môi tr ườ ng...)

b. Kinh nghiệm

Các kinh nghiệm về thi ết k ế và v ận hành các hệ th ống xử lý giúp ta có th ể d ự đoán

tr ướ c các khả n ăng và hạn chế c ủa hệ th ống xử lý để có nh ững biện pháp hỗ tr ợ , cải tiến thích hợ p.Kiến thức về các h ệ th ống xử lý giúp cho các k ỹ s ư lo ại bỏ đượ c các yếu tố không an toàn và tínhtoán sai dẫn đến các thiết k ế không phù h ợ p, lãng phí. Đối vớ i các qui trình mớ i, ngườ i k ỹ s ư ch ưacó kinh nghiệm thì qui trình này phải đượ c thử nghi ệm cẩn thận ở các mô hình c ũng như trongthực tiễn.

c. Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi tr ườ ng

Ở Vi ệt Nam tiêu chuẩn nướ c thải đượ c phép thải vào nguồn nướ c công cộng đượ c banhành bở i Bộ KHCN & MT. Trên nguyên t ắc, các Sở KHCN & MT có quy ền đưa ra các tiêu chuẩnriêng của mình nhưng các tiêu chuẩn này không đượ c thấ p hơ n tiêu chuẩn của Bộ. Do đó việc tìm




26

26

hiểu các qui định, tiêu chuẩn của cơ quan qu ản lý là hết sức cần thiết để thi ết k ế h ệ th ống xử lýđạt yêu cầu của các cơ quan này.

d.T ươ ng thích vớ i nhữ ng thiế t bị hay hệ thố ng sẵ n có

Đối vớ i việc nâng công suất, mở r ộng một hệ th ống xử lý s ẵn có phải chú ý đến quitrình và thiết bị m ớ i phải tươ ng thích vớ i những cái có sẵn để có th ể t ận dụng đượ c nguồn nhânlực, vật lực sẵn có, tránh lãng phí.

e. Tài chính

Khả thi v ề m ặt tài chính, các phân tích về m ặt kinh tế nên d ựa trên các chỉ tiêu nh ư NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return)... Các yếu tố v ề l ạm phát cũng nên đưa vào để tính toán. Ph ải ướ c tính đượ c giá vận hành và bảo trì hệ th ống bao gồmcác chi phí về nhân công v ận hành, năng lượ ng, vật tư và hóa ch ất cung cấ p cho hệ th ống.

Các hệ th ống nên mang lại hiệu quả kinh t ế (thu l ại do không phải tr ả thu ế môi tr ườ ng,từ ngu ồn năng lượ ng, phân bón thu đượ c)

f. Các vật t ư , thiế t bị

Các thiết bị s ử d ụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên th ị tr ườ ng để b ảo đảm nhu cầuvề ph ụ tùng thay th ế khi có s ự c ố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ th ống xử lý và ti ến độ xây dựng.

Phải dự trù v ề kh ả n ăng cung cấ p các loại vật tư s ử d ụng cho hệ th ống k ể c ả điện năng

trong tươ ng lai để h ệ th ống không bị gián đoạn do vấn đề khan hi ếm các loại vật tư này.

g. Nhân sự

Nhân sự để v ận hành và bảo trì hệ th ống sau này k ể c ả nh ững k ỹ thu ật viên. Các nhân sự này phải đượ c tậ p huấn về c ơ ch ế x ử lý, các s ự c ố có th ể x ảy ra, cách khắc phục...

Các hệ th ống xử lý ph ải tươ ng ứng vớ i trình độ k ỹ thu ật của địa phươ ng, có thể t ận dụngnguồn nhân lực địa phươ ng (giảm chi phí đầu tư, cũng như d ễ dàng tìm nhân s ự v ận hành các thiết bị).

h.Tính mề m d ẻo

Có khả n ăng nâng công suất khi nhà máy có yêu cầu tăng sản lượ ng.

E. SƠ ĐỒ CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ

S ử d ụng bể t ự hoại và bãi l ọc ng ầm để x ử lý sơ bộ nướ c thải sinh hoạt




27

27

Phần thiết k ế b ể t ự ho ại và bãi lọc ngầm sẽ đượ c trình bày k ỹ trong môn X ử Lý N ướ c Thải II.

Các qui trình để x ử lý nướ c cố ng rãnh hoặc nướ c thải các nhà máy công nghi ệ p




28

28

Ghi chú: trên đây chỉ là m ột số s ơ đồ tiêu bi ểu, tùy theo điều kiện chúng ta có thể l ắ p thêmhoặc thay đổi các thành phần của qui trình.

Các đ i ể m cần chú ý khi thi ế t k ế các qui trình x ử lý

1. Tính khả thi c ủa qui trình xử lý: tính kh ả thi c ủa qui trình xử lý d ựa trên kinh nghiệm, các

số li ệu, các ấn bản về các nghiên c ứu trên mô hình và thực tế. Nếu đây là những qui trìnhhoàn toàn mớ i hoặc có các yếu tố b ất thườ ng, các nghiên cứu trên mô hình là r ất cần thiết.

2. Nằm trong khoảng lưu lượ ng có thể áp d ụng đượ c. Ví dụ nh ư các h ồ ổn định nướ c thảikhông thích hợ p cho việc xử lý n ướ c thải có lưu lượ ng lớ n.

3. Có khả n ăng chịu đượ c sự bi ến động của lưu lượ ng (nếu sự bi ến động này quá lớ n, phải sử dụng bể điều lưu)

4. Đặc tính của nướ c thải cần xử lý ( để quy ết định qui trình xử lý hóa h ọc hay sinh học)5. Các chất có trong nướ c thải gây ức chế cho quá trình x ử lý và không b ị phân h ủy bở i quá

trình xử lý.6. Các giớ i hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưở ng đến tốc độ ph ản ứng

của các quá trình hóa học và sinh học.

7. Hiệu quả c ủa hệ th ống xử lý: th ườ ng đượ c chỉ th ị b ằng tính chất của nướ c thải đầu ra.8. Các chất tạo ra sau quá trình xử lý nh ư bùn, ch ất r ắn, nướ c và khí đều phải đượ c ướ c tính

về s ố l ượ ng. Thông thườ ng thì ngườ i ta dùng các mô hình để xác định phần này.9. Xử lý bùn: vi ệc chọn qui trình xử lý bùn nên cùng lúc v ớ i việc lựa chọn qui trình xử lý

nướ c thải để tránh các khó kh ăn có thể x ảy ra sau này đối vớ i việc xử lý bùn.10. Các giớ i hạn về môi tr ườ ng: hướ ng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xế p loại nguồn

nướ c... có thể là các y ếu tố gi ớ i hạn cho việc lựa chọn hệ th ống xử lý.11. Các hóa chất cần sử d ụng: nguồn và số l ượ ng, các yếu tố làm ảnh hưở ng đến việc tăng

lượ ng hóa chất sử d ụng và giá xử lý.12. Năng lượ ng sử d ụng: nguồn và ảnh hưở ng của nó đến giá xử lý.13. Nhân lực: k ể c ả công nhân và cán b ộ k ỹ thu ật. Cần phải tậ p huấn đến mức độ nào.

Nướ c thải

Bùn hoặc chất r ắn




29

29

14. Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấ p các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nào cho quátrình vận hành và bảo trì.

15. Độ tin c ậy của hệ th ống xử lý bao g ồm cả tr ườ ng hợ p chạy quá tải hay dướ i tải.16. Độ ph ức tạ p của hệ th ống xử lý.

17. Tính tươ ng thích vớ i các hệ th ống và thiết bị có s ẵn.18. Diện tích đất cần sử d ụng, k ể c ả khu v ực đệm cho hệ th ống xử lý.

F. CÁC PHƯƠ NG PHÁP XỬ LÝ

Theo bản chất của phươ ng pháp xử lý n ướ c thải, ngườ i ta có thể chia chúng thành ph ươ ng pháp lý học, phươ ng pháp hóa học, phươ ng pháp sinh học. Một hệ th ống xử lý hoàn ch ỉnh thườ ngk ết hợ p đủ các thành ph ần k ể trên. Tuy nhiên tùy theo tính ch ất của nướ c thải, mức độ tài chính vàyêu cầu xử lý mà ng ườ i ta có thể c ắt bớ t một số các công đoạn.

Theo mức độ x ử lý ng ườ i ta có thể chia làm x ử lý s ơ c ấ p, xử lý th ứ c ấ p, xử lý tiên ti ến hay

xử lý c ấ p ba.

1. Các phươ ng pháp lý học (cơ h ọc) 2. Các phươ ng pháp sinh học 3. Xử lý s ơ c ấ p 4. Xử lý th ứ c ấ p 5. Xử lý c ấ p ba

I. SONG CHẮ N RÁC

1.Chứ c năng, cấ u t ạo và vị trí

Song chắn rác dùng để gi ữ l ại các chất thải r ắn có kích thướ c lớ n trong nướ c thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình x ử lý ti ế p theo. Kích thướ c tối thiểu của rác đượ c giữ l ại tùythuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Để tránh ứ đọng rác và gây tổnthất áp lực của dòng chảy ngườ i ta phải thườ ng xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rácthủ công ho ặc cơ gi ớ i. Tốc độ n ướ c chảy (v) qua các khe hở n ằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤ 1m/s). Tùy theo yêu cầu và kích thướ c của rác chiều r ộng khe hở c ủa các song thay đổi.

Các giá trị thông dụng để thiết k ế song chắn rác

Chỉ tiêu Cào rác thủ công Cào rác cơ giớ i

Kích thướ c của các thanh

• Bề d ầy (in) 0,2 ¸ 0,6 0,2 ¸ 0,6

• Bề b ản (in) 1,0 ¸ 1,5 1,0 ¸ 1,5

Khoảng cách giữa các thanh (in) 1,0 ¸ 2,0 0,6 ¸ 3,0

Độ nghiêng song ch ắn rác theo tr ục thẳng đứng 30 ¸ 45 0 ¸ 30




30

30

(độ)

Vaän toác doøng chaûy (ft/s) 1,0 ¸ 2,0 2,0 ¸ 3,25


Ghi chú: in x 25,4 = mm ft/s x 0,3048 = m/s

Song chắn rác vớ i cào rác thủ công ch ỉ dùng ở nh ững tr ạm xử lý nh ỏ có l ượ ng rác <0,1m3/ng.đ. Khi rác tích lũy ở song ch ắn, mỗi ngày vài lần ngườ i ta dùng cào kim loại để l ấy rác ravà cho vào máng có lổ thoát n ướ c ở đáy r ồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý ti ế p tục. Songchắn rác vớ i cào rác cơ gi ớ i hoạt động liên tục, r ăng cào lọt vào khe hở gi ữa các thanh kim loại;cào đượ c gắn vào xích bản lề ở hai bên song ch ắn rác có liên hệ v ớ i động cơ điện qua bộ ph ậntruyền động.

Cào rác cơ gi ớ i có thể chuy ển động từ trên xu ống dướ i hoặc từ d ướ i lên theo dòng nướ c.

Khi lượ ng rác đượ c giữ l ại lớ n hơ n 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song ch ắn rác cơ gi ớ i thì phảiđặt máy nghiền rác. Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas ho ặc cho về kênh tr ướ c song chắn.Khi lượ ng rác trên 1 T/ng.đ c ần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Vi ệc vận chuyển rác từ songđến máy nghiền phải đượ c cơ gi ớ i hóa.

Song chắn rác đượ c đặt ở nh ững kênh tr ướ c khi nướ c vào tr ạm xử lý. Hai bên t ườ ng kênh phải chừa một khe hở đủ để d ễ dàng l ắ p đặt và thay thế song ch ắn. Vì song chắn làm co hẹ p tiếtdiện ướ t của dòng chảy nên tại vị trí đặt song chắn tiết diện kênh phải đượ c mở r ộng. Để tránh t ạo

thành dòng chảy r ối kênh phải mở r ộng dần dần vớ i một góc ϕ = 20o

.

2. Mở rộng kênh nơ i đặt song chắn rác (Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978)

Song chắn rác phải đặt ở t ất cả các tr ạm xử lý không phân bi ệt phươ ng pháp dẫn nướ c tớ ilà tự ch ảy hay có áp. Nếu trong tr ạm bơ m đó có song chắn rác vớ i khe hở 16 mm thì có th ể khôngđặt song chắn rác ở tr ạm xử lý n ữa.

Hiệu suất của song chắn phụ thu ộc r ất nhiều vào mức độ chính xác trong tính toán kíchthướ c và tổn thất áp lực của nướ c qua nó.




31

31

3. Kích thướ c song chắn

Số khe h ở n gi ữa các thanh của song chắn rác đượ c xác định theo công thức:

q = WVS = b. n . h1 .VS (4.1)

(4.2.)

trong đó qmax: lưu lượ ng tối đa của nướ c thải (m3/giây)

b: chiều r ộng khe hở gi ữa các thanh (m)

W: diện tích tiết diện ướ t của song chắn (m2) (W không nhỏ h ơ n 2Wk khi cào rác thủ công vàkhông nhỏ h ơ n 1,2Wk khi cào rác cơ gi ớ i, vớ i Wk diện tích tiết diện ướ t của kênh dẫn nướ c vào)

VS: tốc độ n ướ c qua song chắn (m/sec), chọn Vs = 0,7 m/giây khi lưu lượ ng trung bình và > 1m/giây khi lưu lượ ng tối đa để tránh va ch ạm giữa rác và song chắn

h1: chiều sâu lớ p nướ c qua song chắn (m), thườ ng bằng chiều sâu lớ p nướ c trong kênh dẫn vào.

Công thức (4.2) không tính tớ i độ thu h ẹ p của dòng chảy khi dùng cào rác cơ gi ớ i. Để tính t ớ iđộ thu h ẹ p ngườ i ta đưa hệ s ố ko = 1,05. Khi đó:

(4.2a)

Chiều r ộng tổng cộng của song chắn là:

BS = b(n - 1) + S.n (4.3)

vớ i S: chiều dày của mỗi thanh

Chiều dài đoạn kênh mở r ộng tr ướ c song chắn rác:

(4. 4)

N ếu ϕ = 20 o thì

L1 = 1,37 (BS - BK) (4 .4a)

vớ i BK: chiều r ộng của kênh dẫn vào




32

32

Chi ều dài đoạn thu hẹ p lại sau song chắn chọn bằng:

L2 = 0,5 L1 (4.5)

Trong tr ườ ng hợ p song chắn rác đặt chéo một góc γ so v ớ i hướ ng nướ c chảy trên mặt bằng (hình4.4) có thể ch ọn:

BS = 0,83 BS

(Các công thứ c trên trích d ẫ n t ừ tài liệu của Tr ần Hiế u Nhuệ & Lâm Minh Triế t, 1978)

Để tránh l ắng cặn, tốc độ c ủa nướ c ở đoạn kênh mở r ộng tr ướ c song chắn không đượ c dướ i 0,4m/giây khi lưu lượ ng nhỏ nh ất.

Hiện nay ở m ột số n ướ c trên thế gi ớ i ngườ i ta còn dùng máy nghiền rác (communitor) để nghiền rác có kích thướ c lớ n thành rác có kích thướ c nhỏ và đồng nhất để d ễ dàng cho vi ệc xử lý ở các giai đoạn k ế ti ế p, máy nghiền rác đã đượ c thiết k ế hoàn ch ỉnh và thươ ng mại hóa nên tronggiáo trình này không đưa ra các chi tiết của nó. Tuy nhiên nếu lắ p đặt máy nghiền rác tr ướ c bể l ắngcát nên chú ý là cát sẽ làm mòn các l ưỡ i dao và sỏi có thể gây k ẹt máy. Mức giảm áp của dòngchảy biến thiên từ vài inches đến 0,9 m.

Sơ đồ lắp đặt của một máy nghiền rác

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposa

II. BỀ L Ắ NG CÁT

1. Chứ c năng, vị trí

Bể l ắng cát nhằm loại bỏ cát, s ỏi, đá dăm, các loại xỉ kh ỏi nướ c thải. Trong nướ c thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưở ng đến khả n ăng hoạt động của các công trình và thiết bị trong h ệ th ống như ma sát làm mòn các thi ết bị c ơ khí, l ắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn,làm giảm thể tích h ữu dụng của các bể x ử lý và t ăng tần số làm s ạch các bể này. Vì v ậy trong cáctr ạm xử lý nh ất thiết phải có bể l ắng cát.




33

33

B ể l ắng cát thườ ng đượ c đặt phía sau song chắn rác và tr ướ c bể l ắng sơ c ấ p. Đôi khingườ i ta đặt bể l ắng cát tr ướ c song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợ i cho việc quảnlý bể l ắng cát hơ n. Trong bể l ắng cát các thành phần cần loại bỏ l ắng xuống nhờ tr ọng lượ ng bảnthân của chúng. Ở đây phải tính toán thế nào để cho các h ạt cát và các hạt vô cơ c ần giữ l ại sẽ l ắng

xuống còn các chất lơ l ửng hữu cơ khác trôi đi.

Có ba loại bể l ắng cát chính: bể l ắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy(dạng chữ nh ật hoặc vuông), bể l ắng cát có sục khí hoặc bể l ắng cát có dòng chảy xoáy.




34

34

Các giá trị tham khảo để thiết k ế bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy(hình chữ nhật)

Thông số Giá trị

Khoảng bi ế n thiên Giá tr ị thông d ụng

Thờ i gian lưu tồn nướ c (giây) 45 - 90 60




35

35

Vận tốc chuyển động ngang ft/s 0,8- 1,3 1,0

Tốc độ l ắng của các hạt ft/min

• Giữ l ại trên lướ i 0,21 mm 3,2 - 4,2 3,8

• Giữ l ại trên lướ i 0,15 mm 2,0 - 3,0 2,5

Độ gi ảm áp % độ sâu di ện tích ướ t trong kênhdẫn

30 - 40 36


Ghi chú: ft/s × 0,3048 = m/s ft/min × 0,3048 = m/min

Chú ý thờ i gian lưu tồn nướ c nếu quá nhỏ s ẽ không b ảo đảm hiệu suất lắng, nếu lớ n quá sẽ cócác chất hữu cơ l ắng. Các bể l ắng thườ ng đượ c trang bị thêm thanh g ạt chất lắng ở d ướ i đáy, gàumúc các chất lắng chạy trên đườ ng ray để c ơ gi ớ i hóa việc xả c ặn.

Loại bể l ắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy hình vuông đượ c áp dụng hơ n50 năm qua và có thể l ắ p đặt thêm bộ ph ận cơ gi ớ i để l ấy cát ở đáy bể.




36

36

Diện tích cần thiết cho bể lắng cát có trọng lượ ng riêng 2,65 (oF - 32 = oC)

2. Các công thứ c tính:

Kích thướ c bể l ắng cát ngang phải đượ c xác định chính xác, nếu quá nhỏ s ẽ không b ảođảm hiệu quả l ắng, nếu quá lớ n thì cặn lắng sẽ ch ứa nhiều chất bẩn hữu cơ .

Chiều dài bể xác định theo công thức:

L = Vmax . t (4.6)

trong đó

Vmax: tốc độ dòng ch ảy khi lưu lượ ng tối đa (m/sec)

t: thờ i gian nướ c lưu lại trong bể (ch ọn bằng 30 ÷ 60 sec)

Từ điều kiện liên tục của dòng chảy ta có:

(4.7)

trong đó

Ω : di ện tích tiết diện ướ t của bể (m 2)

qmax: lưu lượ ng tối đa của nướ c thải (m3/sec)

Số ng ăn trong bể:

(4.8)

trong đó

b: chiều r ộng của mỗi ngăn (thườ ng chọn 0,6 ÷ 1,6 m đối vớ i bể l ắng cát thông thườ ng và 4 ÷ 6 mđối vớ i bể l ắng cát có thanh gạt)

h1: chiều sâu công tác của bể, chọn lớ n hơ n chiều sâu dòng nướ c trong kênh dẫn nướ c vào bể m ộtchút nhưng không quá 1,2 (thườ ng h1 = 0,5 ÷ 1,2m)

n: phải là một số tròn.




37

37

Sau khi xác định đượ c kích thướ c của bể ph ải kiểm tra lại để tr ườ ng hợ p nướ c chảy vớ ilưu lượ ng nhỏ nh ất (qmin) vẫn bảo đảm có vận tốc Vmin > 0,15 m/giây.

Chiều sâu lớ p cặn lắng xuống h2 ph ụ thu ộc lượ ng cặn lắng và thờ i gian giữa hai lần xả.

Thể tích ph ần cặn lắng xuống là:

(m3) (4.9)

trong đó

Ntt: dân số tính toán theo ch ất lơ l ửng (ngườ i)

P: lượ ng cặn theo đầu ngườ i, đối vớ i nướ c thải sinh hoạt P = 0,02 L/ng.ng.đ

T: thờ i gian giữa hai lần xả c ặn, thườ ng T = 2 ÷ 4 ngày đêm.

Ở các b ể l ắng cát ngang làm việc tốt thì cặn lắng xuống có độ tro t ớ i 85% trong đó cát chiếm60%. Độ ẩm của cặn 60% và tr ọng lượ ng thể tích 1,5 T/m 3.

Chiều sâu lớ p cặn h2 là:

(4.10)

Đối vớ i hệ th ống thoát nướ c chung, thể tích c ặn lắng trong bể l ắng cát tăng gấ p 1,5 ÷ 2 l ần.

Chiều sâu tổng cộng của bể l ắng cát:

H = h1 + h2 + h3 (4.11)

vớ i h3: chiều cao phần tườ ng k ể t ừ m ặt nướ c tr ở lên. Ch ọn h3 = 0,2 ÷ 0,4m.

3. Bể l ắng cát có sục khí

Đượ c thiết k ế để lo ại các hạt cát có kích thướ c lớ n hơ n 0,2 mm. Các ống phân phối khíđặt cách đáy bể 0,45 ÷ 0,6 m.

Các giá trị tham khảo để thiết k ế bể lắng cát có sục khí



Thờ i gian lưu tồn nướ c ở l ưu lượ ng cưc đại (phút) 2 ÷ 5 3




38

38

kích thướ t

• Sâu(ft) 7 ÷ 16

• Dài (ft) 25 ÷ 65

• R ộng (ft) 8 ÷ 23

• tỉ l ệ sâu : r ộng 1:1 ÷ 5:1 1,5:1

• tỉ l ệ dài : r ộng 3:1 ÷ 5:1 4:1

Lượ ng không khí cần (ft3/min.ft chiều dài) 2,0 ÷ 5,0

Lượ ng cát ft3/Mgal 0,5 ÷ 27 2


Ghi chú: ft/s × 0,3048 = m/s

ft/min × 0,3048 = m/min

ft3/min.ft chiều dài × 0,0929 = m 3/min.m

ft3/Mgal × 0,00748 = m 3/103 m 3

Sơ đồ bể lắng cát có sục khí và dòng chảy trong bể




39

39

Tính toán:

(m2) (4.12)

trong đó

qmax: lưu lượ ng tối đa của nướ c thải (m3/sec)

Vt: tốc độ th ẳng của dòng chảy (m/sec)

n: số ng ăn bể

W: tiết diện ngang của bể

Từ đó xác định đượ c kích thướ c của tiết diện. Nên chọn tỉ l ệ gi ữa chiều r ộng : chiều sâutổng cộng là1 :1,5, dài : r ộng = 4 :1

4. Bể l ắng cát đứ ng có dòng chả y xoáy

a. Sân phơ i cát

Cặn xả ra t ừ b ể l ắng cát còn chứa nhiều nướ c nên phải phơ i khô ở sân ph ơ i cát hoặc hố chứa cát đặt ở g ần bể l ắng cát.

Chung quanh sân phơ i cát phải có bờ đắ p cao 1 ÷ 2 m.

Kích thướ c sân phơ i cát đượ c xác định vớ i điều kiện tổng chiều cao lớ p cát h chọn bằng 3 ÷ 5 m/năm. Cát khô thườ ng xuyên đượ c chuyển đi nơ i khác.

Diện tích hữu ích của sân phơ i cát xác định theo công thức sau:

(m) (4.37)

trong đó

p: lượ ng cặn lắng tính theo đầu ngườ i. Chọn p = 0,02 L/ng.ng.đ

Ntt: dân số tính toán theo ch ất lơ l ửng.

Số ô c ủa sân phơ i cát phải chọn không quá 2.

Sân phơ i cát có thể xây d ựng trên nền đất tự nhiên ho ặc nhân tạo.




40

40

Khi đất thấm tốt (cát, á cát) thì xây dựng sân phơ i cát vớ i nền tự nhiên. N ếu là đất thấmnướ c kém hoặc không thấm nướ c (á sét, sét) thì phải xây dựng nền nhân tạo. Khi đó phải đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu n ướ c thấm xuống. Nướ c này có thể d ẫn về tr ướ c bể l ắng cát.

III. BỂ ĐIỀU LƯ U

1. N ướ c thải sinh hoạt và sự bi ế n động về l ư u l ượ ng của nó theo thờ i gian và không gian

Theo định ngh ĩ a của một số n ướ c, nướ c thải sinh hoạt (domestic wastewater) là nướ c thảicủa các hộ dân c ư, khu vực thươ ng mại, các cơ quan và các khu vui ch ơ i, giải trí. Đối vớ i nhữngkhu dân cư đã phát triển ổn định, việc xác định lưu lượ ng nên tiến hành bằng cách đo tr ực tiế p. Đốinhững khu còn đang xây dựng và qui hoạch phát triển, lưu lượ ng nướ c thải đượ c ướ c tính theo các biện pháp đượ c trình bày sau đây (lưu ý r ằng lưu lượ ng nướ c thải cho một khu dân cư có t ừ 1.000ngườ i tr ở xu ống hòan toàn khác hẳn vớ i các khu dân cư l ớ n hơ n).

Khu dân cư : đối vớ i khu vực dân cư, lượ ng nướ c thải chủ y ếu đượ c xác định dựa trên dân số và lượ ng nướ c thải bình quân trên đầu ngườ i. Các số li ệu về l ượ ng nướ c thải trên đầu ngườ i ở cáckhu vực dân cư ở M ỹ đượ c trình bày trong bảng 2.1. Đối vớ i các khu còn trong tình tr ạng pháttriển và khu dân cư l ớ n nên dựa trên dân số và qui ho ạch sử d ụng đất để d ự báo l ưu lượ ng nướ cthải. Nếu có thể nên so sánh v ớ i số li ệu của một khu dân cư có qui mô và qui ho ạch tươ ng tự (nênchọn các khu trong cùng khu vực). Tr ướ c đây việc dự báo dân s ố c ủa khu vực là trách nhiệm củacác k ỹ s ư, nhưng ngày nay các số li ệu này có thể tìm th ấy dễ dàng ở các c ơ quan quy ho ạch cấ p địa phươ ng, khu vực hay quốc gia. Lượ ng nướ c tiêu thụ trên đầu ngườ i cũng r ất biến động theo điềukiện cấ p nướ c.

Lư u lượ ng nướ c thải tiêu biểu ở các khu dân cư Mỹ

Nguồn thải Đơ n vị tính Lư u lượ ng, gal/đơ n vị.ngày

Khoảng bi ế n thiên Thông d ụng

Các hộ chung c ư

• nhà lầu Một đầu ngườ i 35 ÷ 75 50

• nhà tr ệt Một đầu ngườ i 50 ÷ 80 65

Khách sạn Một ngườ i khách 30 ÷ 55 45

Các hộ t ư

• nhà thôngthườ ng

Một đầu ngườ i 45 ÷ 90 70




41

41

• nhà tiệnnghi hơ n


• các hộ giàu Một đầu ngườ i 75 ÷ 150 95

• các ngôinhà cũ


• các nhà để nghỉ hè


Các tr ạm xe lửa Một đầu ngườ i 30 ÷ 50 40


Khu thươ ng mại: các khu thươ ng mại có lưu lượ ng rất biến thiên theo loại hình phục vụ.Thườ ng ngườ i ta biểu diễn ơ n vị lưu lượ ng nướ c thải ở các khu thươ ng mại bằng gal/acre.d(m3 /ha.d) dựa trên các dữ liệu hiện tại hoặc các qui hoạch tươ ng lai. Ở Mỹ lưu lượ ng nướ c thải trungbình cho khu vực thươ ng mại từ 7,5 ÷ 14 m3 /ha.d. Lưu lượ ng nướ c thải cho từng loại hình phụcvụ ượ c tổng kết trong bảng 4.2.

Các cơ quan và khu vui chơ i giải trí : lưu lượ ng nướ c thải ở các c ơ quan th ườ ng tính bằnggal/nhân viên.ngày và biến động r ất lớ n theo địa phươ ng, khí hậu và các tiện nghi lắ p đặt trong cơ quan. Nướ c thải ở các khu vui ch ơ i, giải trí biến động lớ n theo mùa.

2. Các nguồn nướ c khác có thể có trong hệ thố ng thu gom nướ c thải

Nướ c thải đượ c thu gom, đưa đến các hệ th ống xử lý n ướ c thải bằng các đườ ng cống hayrãnh hở . Các loại nướ c khác như n ướ c ngầm thấm vào cống qua các mối nối không k ỹ c ủa đườ ngcống, nướ c mưa có thể đi vào các hệ th ống thu gom làm thay đổi lưu lượ ng của nướ c thải khi đến bể x ử lý. "Cô l ậ p, làm kín" các hệ th ống thu gom sẽ mang l ại các lợ i ích như không gây hi ện tượ ngquá tải cho hệ th ống xử lý, không gây úng, ng ậ p các đườ ng cống.

3. Các bướ c để tính toán, thi ế t k ế một bể đ i ều l ư u cho một xí nghi ệ p

Ở khu v ực dân cư (n ướ c thải sinh hoạt) và khu vực sản xuất (nướ c thải công nghiệ p) nướ cthải đượ c thải ra vớ i lưu lượ ng biến đổi theo giờ , thờ i vụ s ản xuất, mùa (mưa, nắng). Trong khi đócác hệ th ống sinh học phải đượ c cung cấ p nướ c thải đều đặn về th ể tích c ũng như v ề các ch ất cầnxử lý 24/24 gi ờ . Do đó sự hi ện diện của một bể điều lưu là hết sức cần thiết. Bể điều lưu có chứcnăng điều hòa lưu lượ ng nướ c thải và các chất cần xử lý để b ảo đảm hiệu quả cho các qui trình x ử lý sinh học về sau, nó ch ứa nướ c thải và các chất cần xử lý ở các gi ờ cao điểm, phân phối lại trongcác giờ không ho ặc ít sử d ụng để cung c ấ p ở m ột lưu lượ ng nhất định 24/24 giờ cho các h ệ th ốngxử lý sinh h ọc phía sau.




42

42

Các l ợ i ích của bể đ iề u l ư u như sau:

Bể điều lưu làm tăng hiệu quả c ủa hệ th ống sinh học do nó hạn chế hi ện tượ ng "shock"của hệ th ống do hoạt động quá tải hoặc dướ i tải về l ưu lượ ng cũng như hàm l ượ ng các chất

hữu cơ , giảm đượ c diện tích xây dựng các bể sinh h ọc (do tính toán chính xác). Hơ n nữacác chất ức chế quá trình x ử lý sinh h ọc sẽ đượ c pha loãng hoặc trung hòa ở m ức độ thíchhợ p cho các hoạt động của vi sinh vật.

Chất lượ ng của nướ c thải sau xử lý và vi ệc cô đặc bùn ở đáy bể l ắng thứ c ấ p đượ c cảithiện do lưu lượ ng nạ p các chất r ắn ổn định.

Diện tích bề m ặt cần cho hệ th ống lọc nướ c thải giảm xuống và hiệu suất lọc đượ c cảithiện, chu k ỳ làm s ạch bề m ặt các thiết bị l ọc cũng ổn định hơ n.

Cách tính toán bể đ iề u l ư u:

Bướ c 1: đo lưu lượ ng nướ c thải từng giờ t ừ 0 gi ờ ngày hôm tr ướ c đến 0 giờ ngày hôm sau(có thể thông qua vi ệc đo lưu lượ ng nướ c sử d ụng tr ừ đi lượ ng nướ c giữ l ại trong các sản phẩm).

Bướ c 2: tính toán tổng lượ ng nướ c thải ra môi tr ườ ng theo từng giờ (Ví d ụ l ưu lượ ng nướ cthải ở 0 ÷ 1 gi ờ là 10 m 3/h, lưu lượ ng nướ c thải ở 1 ÷ 2 gi ờ là 20 m 3/h, lưu lượ ng nướ c thải ở 2 ÷ 3

giờ là 20 m3

/h , Tổng lượ ng nướ c thải thải ra môi tr ườ ng ở 0 gi ờ là 0 m3

, 1 giờ là 10 m3

, 2 giờ là 30




43

43

m3. Vẽ đồ th ị bi ểu diễn tổng lượ ng nướ c thải ra môi tr ườ ng theo từng giờ và t ổng lượ ng nướ cthải theo lưu lượ ng trung bình thải ra môi tr ườ ng theo từng giờ .

Bướ c 3: xác định điểm bụng của đồ th ị, vẽ đườ ng tiế p tuyến vớ i đồ th ị t ại điểm bụng, hiệu số

khoảng cách thẳng đứng chiếu từ điểm bụng của đườ ng biểu diển tổng lượ ng nướ c thải ra môitr ườ ng theo từng giờ đến đườ ng biểu diễn tổng lượ ng nướ c thải theo lưu lượ ng trung bình thải ramôi tr ườ ng theo từng giờ là th ể tích c ần thiết của bể điều lưu.

Trong thực tế b ể điều lưu thườ ng đượ c thiết k ế l ớ n hơ n thể tích tính toán t ừ 10 ÷ 20% để phòng ngừa các tr ườ ng hợ p không tiên đoán đượ c của sự bi ến động hàng ngày của lưu lượ ng;trong một số h ệ th ống xử lý ng ườ i ta có thể b ơ m hoàn lưu một số n ướ c thải về b ể điều lưu (mặc dùđiều này không đượ c khuyến cáo).

Nên l ư u ý thêm yế u t ố biế n động của nướ c thải theo mùa vụ sản xuấ t trong năm.

S ơ đồ cách tính thể tích cần thi ế t của bể đ i ều l ư u

Bài tập: Tiến hành đo lưu lượ ng nướ c thải của một xí nghiệ p, ngườ i ta ghi nhận đượ c cácsố li ệu đượ c trình bày trong bảng bên dướ i; hãy xác định thể tích b ể điều lưu cần thiết.

Giờ Lư u lượ ng trung bình (ft3/s) Lư u lượ ng cộng dồn (1000 ft3)g

Thự c t ế Trung bình

M 0 0 0

1 9.7 34.9 38.88




44

44

2 7.8 63 77.76

3 5.8 83.9 116.64

4 4.6 100.5 155.52

5 3.7 113.8 194.4

6 3.5 126.4 233.28

7 4.2 141.5 272.16

8 7.2 167.4 311.04

9 12.5 212.4 349.92

10 14.5 264.6 388.8

11 15 318.6 427.68

N 15.2 373.3 466.56

1 15 427.3 505.44

2 14.3 478.8 544.32

3 13.6 527.8 583.2

4 12.4 572.4 622.08

5 11.5 613.8 660.96

6 11.5 655.2 699.84

7 11.6 697 738.72

8 12.9 743.4 777.6

9 14.1 794.2 816.4810 14.1 844.9 855.36

11 13.4 893.2 894.24

M 12.2 937.1 933.12

Avg 10.8




45

45

Giải:

Vẽ đồ th ị th ể tích n ướ c thải cộng dồn theo lưu lượ ng thực tế và theo l ưu lượ ng trung bình.

Xác định điểm bụng của đườ ng biểu diễn thể tích c ộn dồn nướ c thải theo lưu lượ ng thựctế và v ẽ đườ ng tiế p tuyến tại điểm này.

Tính khoảng giữa điểm bụng và điểm chiếu của nó lên đườ ng biểu diễn thể tích n ướ c thảicộng dồn theo lưu lượ ng trung bình. Đó chính là thể tích b ể điều lưu theo lý thuyết.

Thể tích b ể điều lưu theo thực tế là (+20%) 180000 ft 3

IV. LƯ U LƯỢ NG K Ế

Các thiết bị đo lưu tốc đã đượ c thươ ng mại hóa. Tuy nhiên việc lựa chọn, sử d ụng và bảotrì cho các thiết bị đo lưu tốc chính xác là một yếu tố quan tr ọng cho việc vận hành các hệ th ốngxử lý đạt hiệu quả. Một thiết bị đo lưu tốc bao gồm hai bộ ph ận là (1) đầu dò; (2) bộ ph ận chuyểnđổi các tín hiệu từ đầu dò sang k ết quả trên b ảng số c ủa thiết bị.

Hiện nay có nhiều loại lưu tốc k ế c ủa nhiều hãng khác nhau, tr ướ c khi lựa chọn nên thamkhảo các thông tin từ nhà s ản xuất và nên lưu ý đến các yếu tố sau:

Loại lưu tốc k ế đó thích hợ p cho việc đo lưu tốc trong ống cống hay các rãnh hở ?

Kích thướ c của nó có phù hợ p vớ i dòng chảy cần khảo sát hay không?

Các thành phần của nướ c thải có phù hợ p cho lưu tốc k ế hay không?

Độ chính xác và tin c ậy?




46

46

Việc lắ p lưu tốc k ế vào dòng ch ảy có làm giảm áp dòng chảy hay không?

Các yêu cầu về l ắ p đặt, vận hành và bảo trì?

V. KHUẤY TR Ộ N

Khuấy tr ộn là một hoạt động quan tr ọng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý nướ c thải nhằm: (1) tr ộn lẫn hoàn toàn chất này vớ i chất khác; (2) khuấy tr ộn duy trì các chấtr ắn lơ l ửng ở tr ạng thái lơ l ửng; (3) khuấy tr ộn các giọt chất lỏng ở tr ạng thái lơ l ửng; (4) tr ộn lẫncác chất lỏng; (4) tạo bông cặn; (5) trao đổi nhiệt. Thườ ng quá trình khuấy tr ộn còn tạo ra đượ chiệu quả ph ụ đó là việc cung cấ p thêm oxy hoà tan cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí.

Trong xử lý n ướ c thải, ngườ i ta thườ ng sử d ụng hai kiểu khuấy tr ộn:

Khuấy tr ộn nhanh, liên tục (continuous rapid mixing): thờ i gian khuấy từ 30 giây tr ở

xuống nhằm tr ộn các hóa chất vào nướ c. Quá trình khuấy tr ộn này có thể di ễn ra bở i (1)việc thay đổi áp suất đột ngột ở các rãnh; (2) các ống hay máng khuếch tán; (3) trongđườ ng ống; (4) bở i các bơ m; (5) thiết bị khu ấy t ĩ nh; (6) các thiết bị khu ấy cơ h ọc (moteurgắn cánh khuấy).

Khuấy liên tục (continuous mixing): để gi ữ các h ạt chất r ắn, lỏng trong bể ở tr ạng thái lơ lửng. Quá trình khuấy tr ộn này có thể di ễn ra bở i (1) các thiết bị khu ấy cơ h ọc; (2) khuấykhí động học; (3) khuấy t ĩ nh và (4) bơ m.

Hai loại thiết bị khuấy




47

47

Ảnh một thiết bị khuấy trộn (cơ học)

Ảnh một số loại thiết bị khuấy t ĩ nh




48

48

Ảnh thiết bị khuấy khí động học

VI. B Ể L Ắ NG S Ơ C Ấ P

Để gi ữ l ại các chất hữu cơ không tan trong n ướ c thải tr ướ c khi cho nướ c thải vào các bể xử lý sinh h ọc ngườ i ta dùng bể l ắng sơ c ấ p. Bể l ắng sơ c ấ p dùng để lo ại bỏ các ch ất r ắn có khả năng lắng (tỉ tr ọng lớ n hơ n tỉ tr ọng của nướ c) và các chất nổi (tỉ tr ọng nhẹ h ơ n tỉ tr ọng của nướ c). Nếu thiết k ế chính xác b ể l ắng sơ c ấ p có thể lo ại đượ c 50 ÷ 70% ch ất r ắn lơ l ửng, 25 ÷ 40% BODcủa nướ c thải.

Nếu bể l ắng sơ c ấ p đượ c thiết k ế nh ư là giai đoạn sửa soạn cho quá trình xử lý sinh h ọcthì các thông số tính toán có th ể thay đổi như là th ờ i gian lưu tồn ngắn hơ n lưu lượ ng nạ p cho mộtđơ n vị di ện tích lớ n hơ n so vớ i tr ườ ng hợ p bể l ắng sơ c ấ p là phươ ng pháp xử lý duy nh ất.




49

49

Tr ướ c khi vào bể l ọc sinh học hoặc bể aeroten, hàm l ượ ng chất lơ l ửng trong nướ ckhông đượ c quá 150mg/l. Thờ i gian lắng khi đó chọn không dướ i 1,5 giờ .

Nếu hàm lượ ng chất lơ l ửng cho phép lại trong nướ c đã lắng trên 150 mg/l (chẳng hạn khi

xử lý n ướ c thải ở cánh đồng lọc, cánh đồng tướ i) thờ i gian lắng có thể gi ảm xuống 0,5 ÷ 1 gi ờ .

Bể l ắng sơ c ấ p có thể có hình ch ữ nh ật hoặc hình tr ụ tròn, đượ c trang bị thêm thi ết bị g ạtváng trên bề m ặt và cặn dướ i đáy bể, các thiết bị này đã đượ c thươ ng mại hóa nên trong giáo trìnhnày không đề c ậ p đến vấn đề tính toán thi ết k ế.

Phân loại các hiện tượ ng lắng trong việc xử lý nướ c thải

Loại Mô tả Ứ ng dụng

Lắngtừng hạtriêng lẻ

Xảy ra đối vớ i nướ c thải có hàm lượ ng chất r ắnlơ l ửng thấ p. Các hạt đượ c lắng xuống riêng lẻ,không xảy ra phản ứng đáng k ể nào đối vớ i cáchạt lân cận.

Loại bỏ đá, cát trong nướ cthải.

Tạo bôngcặn

Trong quá trình lắng các hạt liên k ết lại vớ i nhauhoặc tạo thành bông cặn do đó tăng tr ọng lượ ngvà lắng nhanh hơ n.

Loại bỏ m ột phần SS ở nướ c thải chưa xử lý vànướ c thải sau quá trình xử lý sinh học.

Lắngtheo

vùng

Lực tươ ng tác giữa các hạt đủ l ớ n để ng ăn cảncác hạt bên cạnh. Mặt phân cách giữa chất lỏng

và chất r ắn xuất hiện ở phía trên kh ối lắng

Xảy ra ở b ể l ắng thứ c ấ pđặt sau bể x ử lý sinh h ọc.

Nén Diễn ra khi hàm lượ ng chất các hạt đủ để t ạo nênmột cấu trúc nào đó và các hạt này phải đượ cđưa lên tục vào cấu trúc đó.

Diễn ra ở đáy của các bể lắng thứ c ấ p và trong cácthiết bị cô bùn.


Các số li ệu tham khảo để thi ế t k ế bể l ắng sơ cấ p


Khoảng bi ế n thiên Thông d ụng

Bể l ắng sơ c ấ p đi tr ướ c các hệ th ống xử lýkhác

Thờ i gian lưu tồn (giờ ) 1,5 ÷ 2,5 2,0

Lưu lượ ng gal/ft2.d




50

50

• Trung bình 800 ÷ 1200

• Tối đa 2000 ÷ 3000 2500

Lưu lượ ng qua băng phân phối nướ c gal/ft.d 10000 ÷ 40000 20000

Bể l ắng sơ c ấ p có hoàn lưu bùn hoạt tính

Thờ i gian lưu tồn (giờ ) 1,5 ÷ 2,5 2

Lưu lượ ng gal/ft2.d

• Trung bình 600 ÷ 800

• Tối đa 1200 ÷ 1700 1500

Lưu lượ ng qua băng phân phối nướ c gal/ft.d 10000 ÷ 40000 20000


Chú ý: gal/ft2.d × 0,0407 = m 3/m2.d gal/ft.d × 0,0124 = m 3/m.d

Các số li ệu tham khảo để thi ế t k ế bể l ắng sơ cấ p hình chữ nhật và tr ụ tròn



Hình chữ nh ật

• Sâu(ft) 10 ÷ 15 12

• Dài(ft) 50 ÷ 300 80 ÷ 130

• R ộng(ft) 10 ÷ 80 16 ÷ 32

• Vận tốc thiết bị g ạt váng vàcặn (ft/min)

2 ÷ 4 3

Hình tr ụ tròn




51

51

• Sâu(ft) 10 ÷ 15 12

• Đườ ng kính (ft) 10 ÷ 200 40 ÷ 150

• Độ d ốc của đáy (in/ft) 0,75 ÷ 2 1

• Vận tốc thiết bị g ạt váng vàcặn (ft/min)

0,02 ÷ 0,05 0,03


Chú ý : ft × 0,3048 = m

in/ft × 83,333 = mm/m

1. Ả nh hưở ng của nhi ệt độ

Nhiệt độ c ủa nướ c nguồn cũng có ảnh hưở ng đáng k ể đến chế độ oxy c ủa nguồn nướ c. Về mùa hè khi nhiệt độ c ủa nướ c nguồn tăng, quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ x ảy ra vớ icườ ng độ m ạnh hơ n. Trong khi đó độ hòa tan c ủa oxy vào nướ c lại giảm xuống. Vì vậy về mùa hè,độ thi ếu hụt oxy tăng nhanh hơ n so vớ i mùa đông.

Về mùa đông nhiệt độ n ướ c nguồn thấ p nên độ hòa tan t ăng, tuy nhiên vớ i nhiệt độ th ấ pcác vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ s ẽ ho ạt động yếu.Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ x ảy ra chậm chạ p. Nói một cách khác, về mùa đôngquá trình tự làm s ạch của nướ c nguồn xảy ra một cách chậm chạ p.

2. Ả nh hưở ng của cặn l ắng

Khi xả n ướ c thải chưa xử lý vào ngu ồn nướ c, các chất lơ l ửng sẽ l ắng xuống đáy nguồn vàkhi tốc độ dòng ch ảy trong nguồn không lớ n lắm thì các chất đó sẽ l ắng ở ngay c ạnh cống xả.

Các chất hữu cơ c ủa cặn lắng bị phân h ủy bở i vi khuẩn. Nếu lượ ng cặn lắng lớ n và lượ ng oxytrong nướ c nguồn không đủ cho quá trình phân h ủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nướ c nguồn cạnkiệt (DO = 0). Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ x ảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S,CO2, CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nướ c lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thờ i các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quy ển. Chúng làm ô nhiễm cả n ướ c và không khí xung quanh.

Cần chú ý r ằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơ n nhiều so vớ i quá trình hiếu khí. Bở i vậykhi đưa cặn mớ i vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể x ảy ra liên tục trong một thờ igian dài và quá trình tự làm s ạch nguồn nướ c có thể coi nh ư ch ấm dứt. Nguồn như v ậy không thể sử d ụng vào mục đích cấ p nướ c, cá sẽ không th ể s ống và có thể có nhi ều thiệt hại khác nữa. Vì vậytr ướ c khi xả vào sông h ồ, cần phải loại bỏ b ớ t chất r ắn lơ l ửng có trong nướ c thải.




52

52

VII.BỂ L ỌC NƯỚC THẢI BẰ NG CÁC HẠT LỌC

Bể l ọc đượ c dùng để lo ại bỏ các ch ất r ắn lơ l ửng (và cả BOD) c ủa nướ c thải sau khi qua xử lý sinh học hoặc hóa học. Các hạt lọc thườ ng dùng là sỏi, than….




53

53




54

54

S ơ đồ một số bể l ọc

VIII. BỂ TUY Ể N NỔI

Bể tuy ển nổi đượ c sử d ụng để lo ại bỏ các h ạt r ắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợ p nướ c thải và côđặc bùn sinh học. Không khí đượ c thổi vào bể t ạo nên các bọt khí, các bọt khí này k ết vớ i các hạtvà nổi lên trên mặt nướ c thải và bị lo ại bỏ b ằng các thiết bị g ạt bọt. Một số lo ại hóa chất như phènnhôm, muối ferric, silicat hoạt tính có thể đượ c thêm vào nướ c thải để k ết dính các hạt lại làm chonó dể k ết vớ i các bọt khí để n ổi lên bề m ặt hơ n. Một chỉ s ố quan tr ọng để tính toán cho b ể tuy ểnnổi là tỉ l ệ A/S (air/solid ratio), theo th ực nghiệm tỉ l ệ t ối ưu nằm trong khoảng 0,005 ÷ 0,060 [mL(air)/mg (solid)].




55

55

Sơ đồ bể tuyển nổi k ết hợ p vớ i cô bùn

Các chất rắn đượ c đư a lên mặt bể tuyển nổi

Một bể tuyển nổi điển hình




56

56

IX. BỂ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT

Bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt đã đượ c dùng để x ử lý n ướ c thải hơ n 100 năm. Bể l ọc nhỏ gi ọtđầu tiên xuất hiện ở Anh n ăm 1893, hiện nay đượ c sử d ụng ở h ầu khắ p các nướ c vớ i các tr ạm xử

lý công suất nhỏ. Ở n ướ c ta bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt đã đượ c xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà N ội,xí nghiệ p chế bi ến thuốc thú y Hà Tây, bệnh viện đa khoa Gia Lâm v.v...

Nướ c thải đượ c phân phối đều trên bề m ặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho vikhuẩn) theo kiểu nhỏ gi ọt hoặc phun tia. Lượ ng không khí cần thiết cho quá trình đượ c cấ p vàonhờ quá trình thông gió t ự nhiên qua b ề m ặt hở phía trên và h ệ th ống thu nướ c phía dướ i của bể lọc. Ngày nay ngườ i ta thườ ng sử d ụng chu trình lọc 2 pha bao gồm 2 bể l ọc nối tiế p nhau.

Bể lọc sinh học nhỏ gi ọt chia ra bể l ọc vận tốc chậm, bể l ọc vận tốc trung bình và nhanh, bể l ọc cao tốc, bể l ọc thô (xử lý n ướ c thải sơ b ộ tr ướ c giai đoạn xử lý th ứ c ấ p), bể l ọc hai pha.

Bể l ọc vận tốc chậm: có hình tr ụ ho ặc chữ nh ật, nướ c thải đượ c nạ p theo chu k ỳ, chỉ cókhoảng 0,6 ¸ 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh v ật còn lớ p nguyên liệu lọc ở phía dướ i có các vi khuẩn nitrat hóa. Hiệu suất khử BOD cao và cho ra n ướ c thải chứalượ ng nitrat cao. Tuy nhiên cần phải lưu ý đến vấn đề mùi hôi và s ự phát tri ển của ruồiPsychoda. Nguyên liệu lọc thườ ng dùng là đá sỏi, xỉ.

Bể l ọc vận tốc trung bình và nhanh: thườ ng có hình tr ụ tròn, l ưu lượ ng nạ p chất hữu cơ cao hơ n, nướ c thải đượ c bơ m hoàn lưu tr ở l ại bể l ọc và nạ p liên tục, việc hoàn lưu nướ c

thải giảm đượ c vấn đề mùi hôi và s ự phát tri ển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thườ ngsử d ụng là đá sỏi, plastic.

Bể l ọc cao tốc: có lưu lượ ng nạ p nướ c thải và chất hữu cơ r ất cao, khác vớ i bể l ọc vận tốcnhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơ n do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơ n so vớ i đá sỏi.

Bể l ọc thô: lưu lươ ng nạ p chất hữu cơ l ớ n hơ n 1,6 kg/m3.d, lưu lượ ng nướ c thải là187m3/m2.d bể l ọc thô dùng để x ử lý s ơ b ộ n ướ c thải tr ướ c giai đoạn xử lý th ứ c ấ p.

Bể l ọc hai pha: thườ ng sử d ụng để x ử lý n ướ c thải có hàm lượ ng chất ô nhiễm cao và cần

nitrat hóa đạm trong nướ c thải. Giữa 2 bể l ọc thườ ng có bể l ắng để lo ại bỏ b ớ t chất r ắn sinh




57

57

ra trong bể l ọc thứ nh ất. Bể l ọc thứ nh ất dùng để kh ử BOD c ủa các hợ p chất chứa carbon, bể th ứ hai chủ y ếu cho quá trình nitrat hóa.

Một số giá trị tham khảo để thiết k ế bể lọc sinh học nhỏ giọt

Thông số VTchậm

VT trung bình VTnhanh

Cao tốc Lọc thô Hai pha

Nguyên liệulọc

đá sỏi,xỉ

đá sỏi, xỉ đá sỏi plastic plastic đá sỏi, plastic

Lưu lượ ngnướ c thải nạ p

gal/ft2.min

0,02 ¸

0,06

0,06 ¸ 0,16 0,16 ¸

0,64

0,2 ¸ 1,2 0,8 ¸ 3,2 0,16 ¸

0,64

Mgal/acre.d

1 ¸ 4 4 ¸ 10 10 ¸ 40 15 ¸ 90 50 ¸200c

10 ¸ 40c

Lưu lượ ng nạ pBODlb/103ft3.d

5 ¸ 25 15 ¸ 30 30 ¸ 60 30 ¸ 100 100 ¸500

60 ¸ 120

Bề sâu c ột lọcft

6 ¸ 8 6 ¸ 8 3 ¸ 6 10 ¸ 40 15 ¸ 40 6 ¸ 8

Tỉ l ệ hoàn l ưu 0 0 ¸ 1 1 ¸ 2 1 ¸ 2 1 ¸ 4 0,5 ¸ 2

Ruồi Psychoda nhiều ít r ất ít r ất ít -không

r ất ít -không

r ất ít -không

Làm sạch cộtlọc

chu k ỳ chu k ỳ liên tục liên tục liên tục liên tục

Hiệu suất khử BOD % 80 ¸ 90 50 ¸ 70 65 ¸ 85 65 ¸ 80 40 ¸ 65 85 ¸ 95

Nướ c thải nitrathóa cao

nitrat hóa một phần

ít nitrathóa

ít nitrathóa

khôngnitrathóa

nitrathóa cao


Ghi chú: c: không k ể l ưu lượ ng hoàn lưu

gal/ft2.min × 58,674 = m 3/m2.d




58

58

lb/103ft3.d × 0,0160 =kg/m 3.d

Tính toán các thiế t bị cơ khí

Vận tốc quay của hệ th ống phân phối nướ c

trong đó

QT: tổng lưu lượ ng nướ c thải nạ p cho bể QT = Q + QrQ: lưu lượ ng nướ c thải đầu vàoQr: lưu lượ ng nướ c thải hoàn lưu

A: số cánh c ủa hệ th ống phân phối nướ cDR: dosing rate, in/pass

Một số giá trị DR tham khảo

Lư u lượ ng nạp tính theo BOD lb BOD5/103ft3 Dosing rate (in/pass)

< 25 3

50 6

75 9

100 12

150 18

200 24

Ghi chú: lb/103ft3 × 0,0160 = kg/m 3 in × 2,54 = cm

Một số đặc tính lý học của các loại nguyên liệu lọc

Nguyên liệu lọc Kích thướ cthông dụng

(in)

Trọnglượ ng riêng

(lb/ft3)

Diện tíchbề mặt(ft2/ft3)

Độ rỗng trongcột lọc (%)

Đá sỏi ở sông

Nhỏ 1 ¸ 2,5 78 ¸ 90 17 ¸ 21 40 ¸ 50

Lớ n 4 ¸ 5 50 ¸ 62 12 ¸ 50 50 ¸ 60




59

59

Xỉ lò

Nhỏ 2 ¸ 3 56 ¸ 75 17 ¸ 21 40 ¸ 50

Lớ n 3 ¸ 5 50 ¸ 62 14 ¸ 18 50 ¸ 60

Plastic

Thông dụng 24 ´ 24 ´ 48 2 ¸ 6 24 ¸ 30 94 ¸ 97

Loại có diện tích bề mặt lớ n

24 ´ 24 ´ 48 2 ¸ 6 30 ¸ 60 94 ¸ 97

Cao su Redwood 48 ´ 48 ´ 20 9 ¸ 11 12 ¸ 15 70 ¸ 80

Random pack 1 ¸ 3,5 3 ¸ 6 38 ¸ 85 90 ¸ 95


Ghi chú: b: kích thướ c của một module

in × 25,4 = mm lb/ft 3 × 16,0815 = kg/m 3 ft 2/ft3 × 3,2808 = m 2/m3

Nguyên liệu lọc lý tưở ng phải có diện tích bề m ặt lớ n, giá r ẻ, độ b ền cao và ít bị t ắc nghẽn.Tr ướ c những năm 1960 ngườ i ta thườ ng sử d ụng đá sỏi và xỉ, nhưng sau đó ngườ i ta thườ ng sử

dụng plastic hoặc cao su redwood để t ăng độ r ỗng của cột lọc, giảm thiểu việc tắc nghẽn cột lọc.

PH ƯƠ NG PHÁP H Ấ P PH Ụ

Quá trình hấ p phụ là quá trình t ậ p hợ p các chất hòa tan trong dung dịch lên bề m ặt chung củachất lỏng và khí, hai chất lỏng hoặc giữa chất lỏng và chất r ắn thích hợ p. Trong giáo trình nàychúng ta chỉ đề c ậ p đến quá trình hấ p phụ x ảy ra trên bề m ặt chung của chất lỏng và chất r ắn.

X ử lý bằng bột than hoạt tính: b ột than hoạt tính và nướ c thải (thườ ng là nướ c thải sau xử lýsinh học) đượ c cho vào một bể ti ế p xúc, sau một thờ i gian nhất định bột than hoạt tính đượ c cholắng, hoặc lọc. Do than hoạt tính r ất mịn nên phải sử d ụng thêm các chất tr ợ l ắng polyelectrolyte.

Bột than hoạt tính còn đượ c cho vào bể aeroten để lo ại bỏ các ch ất hữu cơ hòa tan trong n ướ c thải.Than hoạt tính sau khi sử d ụng thườ ng đượ c tái sinh để x ử d ụng lại, phươ ng pháp hữu hiệu để táisinh bột than hoạt tính chưa đượ c tìm ra, đối vớ i than hoạt tính dạng hạt ngườ i ta tái sinh trong lòđốt để oxy hóa các ch ất hữu cơ bám trên b ề m ặt của chúng, trong quá trình tái sinh 5 ÷ 10% h ạtthan bị phá h ủy và phải thay thế b ằng các hạt

Khả n ăng hấ p phụ t ối đa của than hoạt tính dạng hạt đượ c tính bằng công thức:

[8,34lb/Mgal.(mg/L)]




60

60

vớ i

(X/m) b: khả n ăng hấ p phụ t ối đa của than hoạt tính dạng hạt, lb/lb hoặc g/g(thực tế, bằng khoảng 25 ÷ 50% giá tr ị lý thuy ết)

Xb: tr ọng lượ ng của chất hữu cơ b ị h ấ p phụ b ở i các hạt than hoạt tính lb hoặc gMc: tr ọng lượ ng than hoạt tính sử d ụng cho cột lọcQ: lưu lượ ng nướ c thải, Mgal/dCi: hàm lượ ng chất hữu cơ c ủa nướ c thải, mg/LCb: hàm lượ ng chất hữu cơ b ị h ấ p phụ (lý thuy ết), mg/Ltb: thờ i gian cần thiết cho quá trình hấ p phụ

X. BỂ KEO T Ụ VÀ T ẠO BÔNG CẶ N

Thực tế ph ươ ng pháp này là phươ ng pháp k ết hợ p giửa phươ ng pháp hoá học và lý học. Mụcđích của phươ ng pháp này nhằm loại bỏ các h ạt chất r ắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của

bể l ắng. Cấu tạo của bể này là lo ại bể l ắng cơ h ọc thông thướ ng, nhưng trong quá trình vận hành,chúng ta thêm vào một số ch ất keo tụ nh ư phèn nhôm, polymere để t ạo điều kiện cho quá trình keotụ và t ạo bông cặn để c ải thiện hiệu suất lắng. Quá trình tạo bông cặn có thể đơ n giản hoá tronghình dướ i đây.




61

61

Các chấ t thườ ng dùng cho quá trình keo t ụ là muố i sắ t và muố i nhôm.

Các chất thườ ng dùng để t ạo bông cặn là polyacrilamids. Nếu k ết hợ p vớ i các loại muối kimloại sẽ cho hi ệu suất tốt hơ n.

XI. SƠ L ƯỢC VỀ CÁC QUÁ TRÌNH VI SINH TRONG B Ể X Ử LÝ N ƯỚC THẢI

Như đã nói ở các ch ươ ng tr ướ c quá trình xử lý sinh h ọc thườ ng theo sau quá trình xử lý c ơ học để lo ại bỏ các ch ất hữu cơ trong n ướ c thải nhờ ho ạt động của các vi khuẩn. Tùy theo nhóm vikhuẩn sử d ụng là hiếu khí hay yếm khí mà ngườ i ta thiết k ế các công trình khác nhau. Tùy theokhả n ăng về tài chính, di ện tích đất mà ngườ i ta có thể dùng ao h ồ có s ẵn hoặc xây dựng các bể nhân tạo để x ử lý.

1. Quá trình hi ế u khí và hi ế u khí không bắt buộc (tùy nghi)

Để thi ết k ế và v ận hành một bể x ử lý sinh h ọc có hiệu quả chúng ta ph ải nắm vững các kiếnthức sinh học có liên quan đến quá trình xử lý. Trong các b ể x ử lý sinh h ọc các vi khuẩn đóng vaitrò quan tr ọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong n ướ c thải.Trong các bể bùn ho ạt tính một phần chất thải hữu cơ s ẽ đượ c các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khíkhông bắt buộc sử d ụng để l ấy năng lượ ng để t ổng hợ p các chất hữu cơ còn l ại thành tế bào vikhuẩn mớ i. Vi khuẩn trong bể bùn ho ạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea,

Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai lo ại vi khuẩnnitrát hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter . Ngoài ra còn có cácloại hình sợ i như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũngđóng vai trò quan tr ọng trong các bể bùn ho ạt tính. Ví dụ nh ư các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nướ c thải đầu ra sạch hơ n về m ặt vi sinh.

Khi bể x ử lý đượ c xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nướ cthải bắt đầu phát triển theo chu k ỳ phát tri ển của các vi khuẩn trong một mẻ c ấy vi khuẩn. Trong




62

62

thờ i gian đầu, để s ớ m đưa hệ th ống xử lý vào ho ạt động ổn định có thể dùng bùn c ủa các bể x ử lý đang hoạt động gần đó cho thêm vào bể m ớ i như là m ột hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể x ử lý. Chu k ỳ phát tri ển của các vi khuẩn trong bể x ử lý bao g ồm 4 giai đoạn:

Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể b ắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác đượ c cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khu ẩn thích nghi vớ i môi tr ườ ngmớ i và bắt đầu quá trình phân bào.

Giai đoạn tăng tr ưở ng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khu ẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về s ố l ượ ng. Tốc độ phân bào ph ụ thu ộc vào thờ i gian cần thiết chocác lần phân bào và lượ ng thức ăn trong môi tr ườ ng.

Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khu ẩn đượ c giữ ở m ột số l ượ ngổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là (a) các chất dinh dưỡ ngcần thiết cho quá trìnhtăng tr ưở ng của vi khuẩn đã bị s ử d ụng hết, (b) số l ượ ng vi khuẩn sinh ra bằng vớ i số l ượ ng

vi khuẩn chết đi.

Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số l ượ ng vi khuẩn chết đi nhiều hơ nsố l ượ ng vi khuẩn đượ c sinh ra, do đó mật độ vi khu ẩn trong bể gi ảm nhanh. Giai đoạn nàycó thể do các loài có kích th ườ c khả ki ến hoặc là đặc điểm của môi tr ườ ng.

Một đồ thị điển hình về sự tăng trưở ng của vi khuẩn trong bể xử lý

Cũng cần nó thêm r ằng đồ th ị trên ch ỉ mô t ả s ự t ăng tr ưở ng của một quần thể vi khu ẩn đơ nđộc. Thực tế trong b ể x ử lý có nhi ều quần thể khác nhau và có đồ th ị t ăng tr ưở ng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về th ờ i gian tăng tr ưở ng cũng như đỉnh của đồ th ị. Trong một giai đoạn bấtk ỳ nào đó sẽ có m ột loài có số l ượ ng chủ đạo do ở th ờ i điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinhdưỡ ng, nhiệt độ... phù hợ p cho loài đó. Sự bi ến động về các vi sinh v ật chủ đạo trong bể x ử lýđượ c biểu diễn trong hình bên dướ i. Khi thiết k ế và v ận hành hệ th ống xử lý chúng ta ph ải để ý t ớ icả h ệ vi sinh v ật này, không nên ngh ĩ r ằng đây là một "hộ p đen" vớ i những vi sinh vật bí mật.




63

63

Đồ thị về sự tăng trưở ng tươ ng đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nướ c thải


Như đã nói ở trên vi khu ẩn đóng vai trò quan tr ọng hàng đầu trong các bể x ử lý n ướ c thải.Do đó trong các bể này chúng ta ph ải duy trì một mật độ vi khu ẩn cao tươ ng thích vớ i lưu lượ ngcác chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể th ực hiện thông qua quá trình thiết k ế và v ận hành.

Trong quá trình thiết k ế chúng ta ph ải tính toán chính xác thờ i gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và th ờ i gian này phải đủ l ớ n để các vi khu ẩn có thể sinh s ản đượ c. Trong quá trình vận hành,các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng tr ưở ng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡ ng, nhiệt độ,khuấy tr ộn...) phải đượ c điều chỉnh ở m ức thuận lợ i nhất cho vi khuẩn.

Các yếu tố ảnh hưở ng đến hoạt động của các công trình xử lý nướ c thải hiếu khí

Loại Các yếu tố ảnh hưở ng đến hoạt động của công trình

Bùn hoạt tính Loại bể ph ản ứngThờ i gian lưu của nướ c thải trong bể ph ản ứng

Chế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ Hiệu suất sục khíThờ i gian lưu tr ữ VSV trong b ể ph ản ứngTỉ l ệ th ức ăn/vi sinh vật (F/M)Tỉ l ệ bùn b ơ m hoàn lưu về b ể ph ản ứngCác chất dinh dưỡ ngCác yếu tố môi tr ườ ng (nhiệt độ, pH)

Bể l ọc sinh họcnhỏ gi ọt

Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu nàyChế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ Hiệu suất thông khíTỉ l ệ hoàn l ưuCách sắ p xế p các cột lọc

Cách phân phối lưu lượ ng nướ c




64

64

Đĩ a quay sinhhọc

Số b ể, đĩ aChế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ Bộ ph ận truyền độngMật độ c ủa nguyên liệu cấu tạo đĩ a

Vận tốc quayCác tr ục quayĐộ ng ậ p nướ c của đĩ aTỉ l ệ hoàn l ưu

Loại Các yếu tố ảnh hưở ng đến hoạt động của công trình

Bùn hoạt tính Loại bể ph ản ứngThờ i gian lưu của nướ c thải trong bể ph ản ứngChế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ Hiệu suất sục khíThờ i gian lưu tr ữ VSV trong b ể ph ản ứngTỉ l ệ th ức ăn/vi sinh vật (F/M)

Tỉ l ệ bùn b ơ m hoàn lưu về b ể ph ản ứngCác chất dinh dưỡ ngCác yếu tố môi tr ườ ng (nhiệt độ, pH)

Bể l ọc sinh họcnhỏ gi ọt

Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu nàyChế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ Hiệu suất thông khíTỉ l ệ hoàn l ưuCách sắ p xế p các cột lọcCách phân phối lưu lượ ng nướ c

Đĩ a quay sinhhọc

Số b ể, đĩ aChế độ n ạ p nướ c thải và các chất hữu cơ

Bộ ph ận truyền độngMật độ c ủa nguyên liệu cấu tạo đĩ aVận tốc quayCác tr ục quayĐộ ng ậ p nướ c của đĩ aTỉ l ệ hoàn l ưu


2. Quá trình yế m khí

Các hệ th ống yếm khí ứng dụng khả n ăng phân hủy chất hữu cơ c ủa vi sinh vật trong điềukiện không có oxy. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ r ất phức tạ p liên hệ đến hàng tr ăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên ngườ i ta thườ ng đơ n giản hóa chúng bằng phươ ngtrình sau đây:

Chất hữu cơ lên men ----------->ế m khí

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Hỗn hợ p khí sinh ra thườ ng đượ c gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như

sau:




65

65

Methane (CH4) 55 ¸ 65%

Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%

Nitrogen (N2)0 ¸ 3%

Hydrogen (H2) 0 ¸ 1%

Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1%

Methane có nhiệt tr ị cao (g ần 9.000 kcal/m3). Do đó, nhiệt tr ị c ủa Biogas khoảng 4.5006.000 kcal/m3, tùy thuộc vào phần tr ăm của methane hiện diện trong Biogas.

Quá trình phân hủy yếm khí đượ c chia thành 3 giai đoạn chính như sau:

1. Phân hủy các chất hữu cơ cao phân t ử.2. Tạo nên các axít.3. Tạo methane.

Giai đoạn IThủy phân và lên men

Giai đoạn IITạo axid acetic, H2

Giai đoạn IIISinh CH4

Ba giai đ oạn của quá trình lên men yế m khí (Mc. Cathy, 1981)

Ba nhóm vi khuẩ n chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủ yphân ch6át hữ u cơ ,nhóm vi sinh vật t ạo acid bao g ồm các loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus,

Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces,Staphylococcus và Escherichia coli, và nhóm vi sinh vật sinh methane g ồm các loài d ạng hình que

(Methanobacterium, Methanobacillus), d ạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).

Các nhân t ố môi tr ườ ng ảnh hưở ng đế n quá trình lên men yế m khí

Quá trình lên men yếm khí có thể đượ c khở i động một cách nhanh chóng nếu như ch ất thảicủa một hầm ủ đang hoạt động đượ c dùng để làm ch ất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ




66

66

ủ). Hàm lượ ng chất r ắn trong nguyên liệu nạ p cho hầm ủ nên đượ c điều chỉnh ở m ức 5 ÷ 10%,90 ÷ 95% còn l ại là nướ c.

Ả nh hưở ng của nhiệt độ

Nhiệt độ và s ự bi ến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưở ng đến tốc độ phân h ủychất hữu cơ . Thông thườ ng biên độ nhi ệt sau đây đượ c chú ý đến trong quá trình xử lý y ếm khí:

25 ÷ 40oC: đây là khoảng nhiệt độ thích h ợ p cho các vi sinh vật ưa ấm.

50 ÷ 65oC: nhiệt độ thích h ợ p cho các vi sinh vật ưa nhiệt.

Nói chung khi nhiệt độ t ăng tốc độ sinh khí t ăng nhưng ở nhi ệt độ trong kho ảng 40 ÷ 45 oC thìtốc độ sinh khí gi ảm vì khoảng nhiệt độ này không thích h ợ p cho cả hai lo ại vi khuẩn, nhiệt độ trên60oC t ốc độ sinh khí gi ảm đột ngột và quá trình sinh khí bị k ềm hãm hoàn toàn ở 65 oC tr ở lên.

Ảnh hưở ng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ

(Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bở i Chongrak, 1989)

Ở các n ướ c vùng ôn đớ i nhiệt độ môi tr ườ ng thấ p; do đó tốc độ sinh khí ch ậm và ở nhi ệt độ dướ i 10oC th ể tích khí s ản xuất đượ c giảm mạnh. Để c ải thiện tốc độ sinh khí ng ườ i ta có thể dùngBiogas đun nóng nguyên liệu nạ p, hoặc đun nướ c nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc

lắ p đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra ngườ i ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao h ầm ủ l ại,nhiệt độ bên trong t ấm nhựa trong sẽ cao h ơ n nhiệt độ môi tr ườ ng từ 5 ÷ 10 oC, hoặc thiết k ế cho phần trên hầm ủ ch ứa nướ c và lượ ng nướ c này đượ c đun nóng lên bằng bức xạ m ặt tr ờ i, hoặc tạolớ p cách nhiệt vớ i môi tr ườ ng bằng cách phủ phân compost ho ặc lá cây lên hầm ủ.

Ả nh hưở ng của pH và độ kiề m (alkalinity)

pH trong hầm ủ nên đượ c điều chỉnh ở m ức 6,6 ÷ 7,6 t ối ưu trong khoảng 7 ÷ 7,2 vì tuy r ằngvi khuẩn tạo acid có thể ch ịu đượ c pH thấ p khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pHđó. pH của hầm ủ có khi h ạ xu ống thấ p hơ n 6,6 do sự tích t ụ quá độ các acid béo do h ầm ủ b ị n ạ pquá tải hoặc do các độc tố trong nguyên li ệu nạ p ức chế ho ạt động của vi khuẩn methane. Trong

tr ườ ng hợ p này ngườ i ta lậ p tức ngưng nạ p cho hầm ủ để vi khu ẩn sinh methane sử d ụng hết các




67

67

acid thừa, khi hầm ủ đạt đượ c tốc độ sinh khí bình th ườ ng tr ở l ại ngườ i ta mớ i nạ p lại nguyênliệu cho hầm ủ theo đúng lượ ng quy định. Ngoài ra ngườ i ta có thể dùng vôi để trung hòa pH c ủahầm ủ.

Alkalinity của hầm ủ nên đượ c giữ ở kho ảng 1.000 ÷ 5.000 mg/L để t ạo khả n ăng đệm tốt chonguyên liệu nạ p.

Ả nh hưở ng của độ mặn

Thườ ng trên 90% tr ọng lượ ng nguyên liệu là nướ c. TTNLM đã tìm hiểu khả n ăng sinh Biogascủa hầm ủ tùy thu ộc nồng độ mu ối trong nướ c. K ết quả cho th ấy vi khuẩn tham gia trong quá trìnhsinh khí methane có khả n ăng dần dần thích nghi vớ i nồng độ c ủa muối ăn NaCl trong nướ c. Vớ inồng độ < 0,3% kh ả n ăng sinh khí không bị gi ảm đáng k ể. Như v ậy việc vận hành các hệ th ống xử lý yếm khí tại các vùng nướ c lợ trong mùa khô không g ặ p tr ở ng ại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988).

Các chấ t dinh d ưỡ ng

Để b ảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạ p nên phối tr ộn để đạt đượ c tỉ s ố C/N từ 25/1 ÷ 30/1 b ở i vì các vi khuẩn sử d ụng carbon nhanh hơ n sử d ụng đạm từ 25 ÷ 30 l ần. Cácnguyên tố khác nh ư P, Na, K và Ca c ũng quan tr ọng đối vớ i quá trình sinh khí tuy nhiên C/N đượ ccoi là nhân tố quy ết định.

Ả nh hưở ng l ượ ng nguyên liệu nạ p

Ảnh h ưở ng của lượ ng nguyên liệu nạ p có thể bi ểu thị b ằng 2 nhân tố sau:

Hàm lượ ng chất hữu cơ bi ểu thị b ằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày

Thờ i gian lưu tr ữ h ỗn hợ p nạ p trong hầm ủ HRT

Lượ ng chất hữu cơ n ạ p cao sẽ làm tích t ụ các acid béo do các vi khu ẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng k ị p làm giảm pH của hầm ủ gây b ất lợ i cho các vi khuẩn methane.

Ả nh hưở ng của các chấ t khóang trong nguyên liệu nạ p

Các chất khóang trong nguyên liệu nạ p có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinhkhí methane. Ví dụ ở n ồng độ th ấ p Nikel làm tăng quá trình sinh khí.

Các chất khóang này còn gây hiện tượ ng cộng hưở ng hoặc đối kháng. Hiện tượ ng cộnghưở ng là hiện tượ ng tăng độc tính của một nguyên tố do s ự có m ặt một nguyên tố khác. Hi ệntượ ng đối kháng là hiện tượ ng giảm độc tính của một nguyên tố do s ự có m ặt của một nguyên tố khác.

Hiện tượ ng cộng hưở ng và đối kháng của các cation đối vớ i quá trình lên men yếm khí

(EPA, 1979, trích dẫn bở i Chongrak, 1989)

Cations gây độc Cations cộng hưở ng Cations đối kháng




68

68

Ammonium -N

Ca, Mg, K Na

Ca Ammniu - N, Mg K, Na

Mg Ammonium - N, Ca K, Na

K K, Na

Na Ammonium - N, Ca, Mg K

Khuấ y tr ộn

Khuấy tr ộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiế p xúc vớ i chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự l ắng đọng của các chất r ắn xuống đáy hầm và sự t ạo bọt và váng trênmặt hầm ủ.

QUÁ TRÌNH HI Ế U KHÍ, QUÁ TRÌNH Y Ế M KHÍ

Do chất thải của ngườ i và gia súc là chất thải hữu cơ do đó khi thải vào ao hồ, sông r ạch nó sẽ làm thức ăn cho vi sinh vật dị d ưỡ ng. Vi sinh vật dị d ưỡ ng này phân hủy các hợ p chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơ n giản và tạo nên năng lượ ng cho quá trình tổng hợ p tế bào c ủa chúng.

1. Quá trình hi ế u khí

* Quá trình oxy hóa (hay dị hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí → CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượ ng (1.1)

Ch ất hữu cơ

* Quá trình tổng hợ p (đồng hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lượ ng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mớ i) (1.2)

2. Quá trình yế m khí

Trong điều kiện yếm khí (không có oxy), vi khuẩn yếm khí sẽ phân h ủy chất hữu cơ nh ư sau:

(COHNS) + VK yếm khí → CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác + năng lượ ng (1.3)

Ghi chú: C5H7O2 N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khu ẩn.

(COHNS) + VK yếm khí + năng lượ ng → C5H7O2N (tb vi khuẩn mớ i) (1.4)




69

69

Trong điều kiện không có chất hữu cơ thì vi khu ẩn sẽ tr ải qua quá trình hô hấ p nội bàohay là tự oxy hóa s ử d ụng chính bản thân chúng làm nguyên liệu.

C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + năng lượ ng (1.5)

trong đó CO2 và NH 3 là ch ất dinh dưỡ ng đối vớ i các loài tảo.

Trong điều kiện ánh sáng thích hợ p, quá trình quang hợ p của tảo diễn ra như sau:

NH3 + 7,62CO2 + 2.53H2O → C7,62H8,06O2,53N + 7,62O2 (1.6)

(tb t ảo mớ i)

Đối vớ i các nguồn nướ c tự nhiên nh ận một lượ ng chất hữu cơ th ấ p thì lượ ng oxy sản sinh ở

phươ ng trình (1.6) sẽ đáp ứng cho hoạt động của vi khuẩn ở ph ươ ng trình (1.1) và (1.2), và chutrình hoạt động cứ ti ế p diễn. Chu trình này gọi là "cộng sinh tảo và vi khuẩn", đây là một chu trìnhtự nhiên và các ho ạt động của tảo và vi khuẩn ở tr ạng thái cân bằng động.

Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nướ c thải

(Oswald và Gotaas, 1955; trích dẫn bở i Chongrak, 1989)

Tảo sau đó sẽ b ị các lo ại cá ăn thực vật sử d ụng, cá ăn động vật sẽ ăn cá ăn thực vật và saucùng con ngườ i sẽ ăn cá. Đây là một trong những cơ ch ế t ự làm s ạch các nguồn nướ c mà chúng tasẽ bàn đến trong phần sau.

Việc thải các chất thải chưa đượ c xử lý vào ngu ồn nướ c sẽ gây nên s ự m ất cân bằng về m ặtsinh học. Khi lượ ng chất thải hữu cơ lên cao thì vi khu ẩn cần nhiều oxy hơ n cho quá trình oxy hóavà tổng hợ p của chúng, đưa đến việc suy giảm oxy hòa tan trong các nguồn nướ c gây nguy hại chocác thủy sinh vật. Mặc dù quá trình quang hợ p của tảo tạo nên oxy, nhưng về đêm khi không cóánh sáng, tảo sẽ hô h ấ p và tiêu thụ oxy và vi ệc này càng làm suy giảm lượ ng oxy hòa tan củanguồn nướ c. Thậm chí khi hàm lượ ng chất thải quá cao thì nguồn nướ c bị c ạn kiệt oxy hoàn toànvà có màu đen chỉ có các vi khu ẩn yếm khí và một vài loại trùng có thể s ống đượ c. Bên cạnh vấn

Oxy

hoøa tan

Chaát thaûihöõu cô

Caùc caù theå vikhuaån môùi

OÂxy hoùa bôûi

vi khuaån

Quang hôïpcuûa taûo

Caùc caù theåtaûo môùi

Naêng löôïngmaët trôøi

CO2 +H2O +NH4

Chlorophyll




70

70

đề ô nhi ễm nguồn nướ c sẽ m ất mỹ quan và ch ất lượ ng môi tr ườ ng sống ở khu v ực xung quanhsẽ b ị suy gi ảm.

Trong k ỹ thu ật xử lý n ướ c thải, quá trình sinh hóa hiếu khí thườ ng đượ c ứng dụng để làm s ạch

nướ c thải chứa các chất bẩn hữu cơ d ạng hòa tan và dạng keo. Quá trình sinh hóa yếm khí đượ cứng dụng để ch ế bi ến và khử độc cặn trong nướ c thải. Ngoài ra, quá trình yếm khí còn đượ c ứngdụng để x ử lý n ướ c thải công nghiệ p chứa các chất hữu cơ v ớ i hàm lượ ng lớ n.

K Ế T H Ợ P CÁC BI Ệ N PHÁP X Ử LÝ HI Ế U KHÍ

a ) Bể l ọc sinh học hoạt tính: gi ống như b ể l ọc sinh học nhỏ gi ọt cao tải, chỉ khác là bùn t ừ b ể lắng thứ c ấ p đượ c bơ m hoàn lưu vào bể l ọc sinh học hoạt tính để t ăng mật độ vi sinh v ật trong bể này. Ư u điểm của bể l ọc sinh học hoạt tính là hiệu suất khử BOD cao h ơ n, lưu lượ ng nạ p BOD cóthể t ăng 4 ÷ 5 l ần so vớ i bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt thông thườ ng. Thông số thi ết k ế th ườ ng dùng là3,21 ÷ 4,00 kg/m 3.d (hiệu suất khử BOD là 60 ÷ 65%).

b) Bể l ọc sinh học nhỏ giọt k ế t hợ p vớ i bể sục khí : hệ th ống này gồm bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt, bể sục khí và bể l ắng thứ c ấ p. Các bùn vi sinh vật từ b ể l ọc đượ c đưa qua bể s ục khí để t ạo bông cặnvà khử các ch ất hữu cơ hòa tan.

c) K ế t hợ p bể l ọc thô vớ i bể bùn tính: giống như b ể l ọc sinh học nhỏ gi ọt k ết hợ p vớ i bể s ụckhí, tuy nhiên hệ th ống này có thể ho ạt động đượ c vớ i lưu lượ ng nạ p chất hữu cơ cao h ơ n. Bể l ọcthô dùng để kh ử ch ất hữu cơ c ủa nướ c thải giúp cho hệ th ống khỏi bị ho ạt động quá tải hay dướ itải.

d ) K ế t hợ p bể l ọc sinh học vớ i bể bùn hoạt tính

e) K ế t hợ p bể l ọc sinh học và bể bùn hoạt tính theo d ạng nố i tiế p

B Ể BÙN HO ẠT TÍNH

Để thi ết k ế b ể bùn ho ạt tính ngườ i ta phải chú ý đến loại bể, lưu lượ ng nạ p, lượ ng bùnsinh ra, nhu cầu và khả n ăng chuyển hóa oxy, nhu cầu về dinh d ưỡ ng cho vi khuẩn, đặc tính củanướ c thải đầu vào và đầu ra, điều kiện môi tr ườ ng, giá thành, chi phí vận hành, bảo trì.

Xác định tỉ l ệ th ức ăn trên số l ượ ng vi khuẩn F/M (food to microorganism)

trong đó

F/M: tỉ l ệ th ức ăn trên số l ượ ng vi khuẩn d-1 S0: BOD hoặc COD của nướ c thải đầu vào, mg/L (g/m3) [influent soluble BOD]Q: thờ i gian lưu tồn nướ c trong bể bùn ho ạt tính = Vr/Q, d

Vr: Thể tích b ể, Mgal (m3)




71

71

Q: Lưu lượ ng nướ c thải nạ p vào bể, Mgal/d (m3/d)X: hàm lượ ng vật chất r ắn bay hơ i (VSS) trong bể mg/L (g/m 3)Lưu ý các giá tr ị th ực nghiệm cho thấy F/M nằm trong khoảng 0,05 ÷ 1,0

Vớ i một hiệu suất sử d ụng thức ăn U của vi khuẩn ta có công thức:

trong đó

E: hiệu suất của quá trình xử lý, %E = [(S0 - S)/S 0)] × 100

Thay vào phươ ng trình trên ta có:

trong đó

S: BOD hoặc COD của nướ c thải đầu ra, mg/L (g/m3) [ effluent soluble BOD]

Thờ i gian lưu nướ c trong bể bùn ho ạt tính đượ c tính bằng công thức:

Thờ i gian lưu nướ c trong cả h ệ th ống đượ c tính bằng công thức:

trong đó

qs: thờ i gian lưu nướ c trong hệ th ốngVs: thể tích b ể l ắng thứ c ấ p

Xác định thờ i gian lưu trú trung bình của vi khuẩn trong bể

trong đó

qc: thờ i gian cư trú trung bình c ủa vi khuẩn trong bể theo th ể tích b ể, dVr: thể tích b ể, Mgal (m3)X: hàm lượ ng VSS trong bể, mg/L (g/m3)

Xw: hàm lượ ng VSS trong bùn thải bỏ, mg/L (g/m3)




72

72

Qw: lưu lượ ng bùn thải bỏ, Mgal/d (m3/d)Xe: hàm lượ ng VSS trong nướ c thải đầu ra, mg/L (g/m3)Qe: Lưu lượ ng nướ c thải đầu ra, Mgal/d (m3/d )

Theo các số li ệu của Mỹ qc = 3 ÷ 15 ngày cho hi ệu quả x ử lý và kh ả n ăng lắng của bùn tốt.Thờ i gian lưu tồn nướ c trong bể là 4 ÷ 8 gi ờ , lưu lượ ng nạ p 3 ÷ 30 kg BOD 5/m

3.d

Nếu hàm lượ ng VSS trong nướ c thải đầu ra là không đáng k ể ta có:

Nhu cầu về d ưỡ ng chất nhằm bảo đảm sự phát tri ển của các vi khuẩn đượ c thể hi ện qua côngthức:

trong đó

Rs: là lượ ng BOD5 (hay ch ất nền) đượ c sử d ụng (hay loại bỏ)Rs = Q(S0 - S)Rb: lượ ng sinh khối đượ c sản sinh ra

trong đó

Y: sản lượ ng biomass tính bằng mgVSS/mg BOD5

Ta có:

K d = 0,48t S-0,415(1,05)t - 20

trong đó

Kd: tốc độ phân h ủyts: tuổi trung bình của bùn đối vớ i bể bùn ho ạt tính (≈ θ C)

Theo thực nghiệm thì tỉ l ệ BOD 5 : N : P ≈ 100 : 5 : 1

Một số hệ số động cho việc xử lý nướ c thải sinh hoạt bằng bể bùn hoạt tính

Hệ số Đơ n vị Giá Trị

Khoảng bi ế n thiên Tiêu bi ể u




73

73

k d-1 2 ÷ 10 5

K s mg/L BOD 5 25 ÷ 100 60

mg/L COD 17 ÷ 50 40

Y mg VSS/mg BOD5 0,4 ÷ 0,8 0,6

K c d -1 0,025 ÷ 0,075 0,06


Các bướ c để thi ế t k ế một bể bùn hoạt tính:

1. Chọn thờ i gian cư trú trung bình c ủa vi khuẩn trong bể. Các yếu tố c ần biết:

BOD5 c ủa nướ c thải đầu ra

SS của nướ c thải đầu ra

Khả n ăng chịu đựng của bể đối vớ i sự bi ến động lớ n của nướ c thải đầu vào (lưu lượ ng,hàm lượ ng chất gây ô nhiễm)

Nhu cầu về n ăng lượ ng cho các thiết bị cung c ấ p khí

Nhu cầu về d ưỡ ng chất

2. Chọn thờ i gian lưu tồn của nướ c thải trong bể. Các yếu tố c ần biết:

Thích hợ p cho việc loại bỏ các ch ất ô nhiễm

Quá trình ổn định, không bị ảnh hưở ng của các chất độc

Lượ ng MLSS đượ c giữ ổn định

3. Xác định thể tích b ể l ắng thứ c ấ p cần thiết. Các yếu tố c ần biết:

Diện tích bề m ặt của bể l ắng

Diện tích cần thiết cho việc cô đặc bùn

4. Xác định công suất thiết bị s ục khí. Các yếu tố c ần biết:

Xác định nhu cầu về oxy

Xác định nhu cầu điện năng để duy trì các ch ất r ắn ở d ạng lơ l ửng.

5. Chọn tỉ l ệ hoàn l ưu bùn




74

74

6. Ướ c tính lượ ng bùn thải bỏ

Các sự cố thườ ng gặp trong quá trình vận hành bể bùn hoạt tính và nguyên nhân

Sự cố Nguyên nhân

Hiệu suất loại BOD hoàtan thấ p

1. Thờ i gian cư trú c ủa vi khuẩn trong bể quá ng ắn2. Thiếu N và P

pH quá cao hoặc quá thấ pTrong nướ c thải đầu vào có chứa độc tố Sục khí chưa đủ Khuấy đảo chưa đủ ho ặc do hiện tượ ng ngắn mạch

Nướ c thải chứa nhiều chấtr ắn

1. Thờ i gian cư trú c ủa vi khuẩn trong bể quá lâu2. Quá trình khử nit ơ di ễn ra ở b ể l ắng

Do sự phát tri ển của các vi sinh vật hình sợ i (trongđiều kiện thờ i gian cư trú c ủa vi khuẩn ngắn, thiếu Nvà P, sục khí không đủ)Tỉ l ệ hoàn l ưu bùn quá thấ p

Mùi 1. Sục khí không đủ

2. Quá trình yếm khí xảy ra ở b ể l ắng

Cách hiệu chỉnh các sự cố

Sự cố Cách hiệu chỉnh

Thờ i gian cư trú c ủaVK

Quá thấ p Giảm bớ t lượ ng bùn thải

Xây thêm bể điều lưu

Quá cao Tăng lượ ng bùn thải

Thiếu dưỡ ng chất Nvà P

Cung cấ p thêm dưỡ ng chất cho nướ c thải đầu vào

pH quá cao hoặc quáthấ p


Trung hòa nướ c thải đầu vào




75

75

Nướ c thải đầu vàocó chứa độc tố


Loại bỏ các ch ất độc trong nướ c thải đầu vào

Sục khí không đủ Tăng công suất thiết bị s ục

Phân bố l ại các ống phân phối khí trong bể

Khuấy đảo khôngđủ, "mạch ngắn"

Tăng mức độ s ục khí

Gắn thêm các đậ p phân phối nướ c

Quá trình khử nit ơ ở bể l ắng

Giảm thờ i gian giữ bùn trong b ể l ắng bằng cách tăng tỉ l ệ hoàn lưu

Gắn thêm gàu múc bùn

Tăng lượ ng bùn thải

Quá trình yếm khí ở bể l ắng

Các phươ ng pháp tươ ng tự ph ươ ng pháp áp dụng để tránh quátrình khử nit ơ c ủa bể l ắng

Xác định lượ ng oxy cần cung cấ p cho bể bùn ho ạt tính (aeroten) theo công thức

:

trong đó

f: hệ s ố bi ến đổi BOD5 sang BOD cu ối cùng (0,68)

Px: lượ ng bùn sản xuất ròng trong một ngày của bể bùn ho ạt tính tính bằng VSS kg/ngày

Sau đó nhân vớ i hiệu suất của quá trình trao đổi khí để tính ra l ượ ng oxy cần thiết.

Lưu ý ở 1atm và 25

oC

thì 1m

3

không khí n ặng khoảng 1,2 kg. Nên giữ tr ị s ố DO b ằng 1,5 ÷ 4mg/L (thông thườ ng khoảng 2 mg/L ở t ải trung bình và 0,5 mg/L ở t ải đỉnh) ở m ọi khu vực của bể,trên 4 mg/L không tăng đượ c hiệu suất của quá trình mà còn tốn thêm điện. Đối vớ i F/M lớ n hơ n0,3 lượ ng không khí cần thiết là 30 ÷ 55 m 3/kg BOD5 đượ c xử lý (h ệ th ống sục khí tạo bọt lớ n), 24÷ 36m 3/kg BOD5 (h ệ th ống xử lý t ạo bọt mịn). Nếu F/M nhỏ h ơ n 0,3 lượ ng không khí cần thiết sẽ tăng lên. Thông thườ ng khi sử d ụng hệ th ống bơ m nén khí vớ i hệ th ống khuếch tán khí ngườ i tacần 3,75 ÷ 15,0 m 3 không khí/m 3 n ướ c thải. Đối vớ i các thiết bị c ơ khí khu ấy đảo để s ục khí cần1,0 ÷ 1,5 kg O 2/kg BOD5 đượ c xử lý.

Mô tả các thiết bị thườ ng đượ c sử dụng để cung cấp khí cho các bể xử lý




76

76

Phân loại Mô tả Ứ ng dụng

Khuếch tánkhí đặt ngầm

Đụclổ (bọtkhínhỏ)

Các bọt khí thoát ra từ các đĩ a hình phẳng, vòmhay ống có đục lổ làm b ằng sứ, thủy tinh hoặcnhựa.

Tất cả các lo ại bể bùn hoạt tính.

Đụclổ

(bọtkhítrung bình)

Các bọt khí thóat ra từ các màng có l ổ ho ặc cácống nhựa


Không đụclổ (bọtkhí

lớ n)

Bọt khí đượ c thóat ra tr ực tiế p từ đầu ra của cácthiết bị cung c ấ p khí.


Ống khuấyt ĩ nh

Các ống ngắn, đặt thẳng đứng, bên trong có cácvách ngăn để làm ch ậm sự thóat các bóng khí lênmặt bể. Không khí đượ c đưa vào bể t ừ phía d ướ icác ống này, khi thóat lên trên bề m ặt bể nó ti ế pxúc vớ i nướ c thải trong ống.

Ao thông khí, và bể bùn ho ạt tính.

Turbine phân phối khí

Bao gồm một turbine có vận tốc chậm và một bơ mnén khí.


Thiết bị phuntia Khí nén đượ c đưa vào nướ c thải khi nó đượ c bơ mvớ i áp suất cao vào các thiết bị phun tia. Tất cả các lo ại bể bùn hoạt tính.

Thiết bị khuấy bề m ặt

Turbinevậntốc

chậm

Turbine có đườ ng kính lớ n, khi quay nó bắn cácgiọt nướ c lên khí quyển để ti ế p xúc vớ i không khí.

Các bể bùn ho ạttính cổ điển vàcác ao thông khí




77

77

Turbinevậntốcnhanh

Turbine có đườ ng kính nhỏ, khi quay nó bắn cácgiọt nướ c lên khí quyển để ti ế p xúc vớ i không khí.

Ao thông khí

Rotor r ănglượ c

Các cánh khuấy đượ c gắn lên tr ục trung tâm như một cái lượ c. Khi rotor quay oxy đượ c đưa vàonướ c thải bở i việc bắn các giọt nướ c lên khí quyểnđể ti ế p xúc vớ i không khí

Mươ ng oxy hóa,kênh thông khíhay ao thông khí.

Thác nướ c Nướ c thải đượ c cho chảy xuống bên dướ i kiểu như thác nướ c

Nâng DO củanướ c thải sau xử lý.

Các thiết bị cung cấp khí cho bể xử lý thông dụng (p. 279)

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị khuếch tán khí

Loại thiết bị, cách lắp đặt Công suất thổi khí(ft3/min.đầu thổi)

Hiệu suất cung cấp khí(%) ở độ sâu 15 ft » 4.6 m

Đĩ a sứ đục lổ - đặt thành hàng thẳng 0,4 ¸ 3,4 25 ¸ 40

Đĩ a sứ hình vòm đục lổ - đặt hàngthẳng

0,5 ¸ 2,5 27 ¸ 39

Đĩ a sứ ph ẳng đục lổ - đặt hàng thẳng 2,0 ¸ 5,0 26 ¸ 33

Ống plastic cứng đục lổ

Hàng thẳng 2,4 ¸ 4,0 28 ¸ 32

Xoắn ốc đôi 3,0 ¸ 11,0 17 ¸ 28

Xoắn ốc đơ n 2,0 ¸ 12,0 13 ¸ 25

Ống plastic mềm đục lổ




78

78

Hàng th ẳng 1,0 ¸ 7,0 26 ¸ 36

Xoắn ốc đơ n 2,0 ¸ 7,0 19 ¸ 27

Ống châm lổ

Hàng thẳng 1,0 ¸ 4,0 22 ¸ 29

Đặt ở 4 góc b ể 2,0 ¸ 6,0 19 ¸ 24

Xoắn ốc đơ n 2,0 ¸ 6,0 15 ¸ 19


Chú ý: ft3/min x 0,0283 = m3 /min ft x 0,3048 = m

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị cơ khí khuấy đảo

Loại thiết bị Hiệu suất cung cấp khí lb O2/hp.h

Tiêu chuẩ n Thự c nghi ệm

Khuấy đảo bề m ặt vận tốc chậm 2,0 ÷ 5,0 1,2 ÷ 2,4

Khuấy đảo bề m ặt vận tốc nhanh 2,0 ÷ 3,6 1,2 ÷ 2,0

Khuấy ngầm 2,0 ÷ 4,0 1,2 ÷ 1,8


Ngườ i ta còn sử d ụng oxy tinh khiết để hoàn thành quá trình s ục khí.

Khố ng chế các vi sinh vật hình sợ i

Sự phát tri ển của các vi sinh vật hình sợ i tạo nên bùn khó lắng cho nên phải khống chế s ự phát triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hoàn lưu, thay đổi DO trong bể, thay đổi điểm nạ p để thay đổi F/M.




79

79

Các vi sinh vật hình sợ i tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính

(Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 loài Thiothrix)

Chú ý trong quá trình đôi khi ngườ i ta cho bùn ở b ể l ắng thứ c ấ p hoàn lưu tr ở l ại bể bùn ho ạttính nhằm tăng lượ ng bùn hoạt tính trong bể để b ể đạt đượ c hiệu suất cao.

X ử lý bùn

Việc xử lý bùn t ạo ra từ các quá trình x ử lý lý, hóa, sinh h ọc cũng r ất cần thiết để hoàn thi ệnmột hệ th ống xử lý.

Đối vớ i bùn có chứa kim loại nặng k ết tủa trong quá trình xử lý hóa h ọc ngườ i ta thườ ng côđặc, sau đó xi măng hóa và thải đi ở các khu v ực qui định.

Đối vớ i các loại bùn từ b ể l ắng sơ c ấ p, thứ c ấ p ngườ i ta có thể x ử lý b ằng hầm ủ Biogas ho ặcquá trình ủ phân compost, sân ph ơ i bùn... tùy điều kiện cho phép.

Đ IÃ TI Ế P XÚC SINH H ỌC

Đĩ a tiế p xúc sinh học đầu tiên đượ c lắ p đặt ở Tây Đức vào năm 1960, sau đó du nhậ p sangMỹ. Ở M ỹ và Canada 70% s ố đĩ a tiế p xúc sinh học đượ c dùng để kh ử BOD c ủa các hợ p chấtcarbon, 25% dùng để kh ử BOD c ủa các hợ p chất carbon k ết hợ p vớ i nitrat hóa nướ c thải, 5% dùngđể nitrat hóa n ướ c thải sau quá trình xử lý th ứ c ấ p.

Để thi ết k ế đĩ a tiế p xúc sinh học cần lưu ý các thông số sau: cách s ắ p xế p các đĩ a tiế p xúc sinh

học, lưu lượ ng nạ p, chất lượ ng nướ c thải đầu ra và nhu cầu của bể l ắng thứ c ấ p.

Cách sắ p xế p các đĩ a tiế p xúc sinh học: ngườ i ta dùng các vách ngăn để chia b ể x ử lý thànhnhiều ngăn, mỗi ngăn có một đĩ a sinh học hoạt động độc lậ p, hoặc sử d ụng nhiều bể ch ứa các đĩ asinh học nối tiế p nhau. Ngườ i ta thườ ng sử d ụng các hệ th ống xử lý t ừ ba giai đoạn đĩ a sinh học tr ở lên, việc sử d ụng nhiều giai đoạn đĩ a sinh học nhằm nitrat hóa nướ c thải.

Lư u l ượ ng nạ p: lưu lượ ng nạ p r ất quan tr ọng đối vớ i hiệu suất của đĩ a sinh học, nạ p quá tảisẽ làm thi ếu DO cần thiết cho quá trình, sinh mùi thối do khí H2S, sinh ra nhiều vi sinh vật hình sợ ilàm giảm diện tích tiế p xúc bề m ặt.




80

80

Các cách sắp xếp đĩ a sinh học

Các giá trị tham khảo để thiết k ế hệ thống xử lý bằng đĩ a sinh học

Thông số Cấp xử lý

Thứ cấ p K ế t hợ p nitrat hoá Natrat hoá riêng bi ệt

Lưu lượ ng nướ c thải nạ p gal/ft2.d 2,0 ÷ 4,0 0,75 ÷ 2,0 1,0 ÷ 2,5

Lưu lượ ng chất hữu cơ n ạ p

Lb SBOD5/10

3

ft

2

.d 0,75 ÷ 2,0 0,5 ÷ 1,5 0,1 ÷ 0,3




81

81

Lb TBOD5/103ft2.d 2,0 ÷ 3,5 1,5 ÷ 3,0 0,2 ÷ 0,6

Lưu lượ ng nạ p tối đa cho giaiđoạn 1

Lb SBOD5/103.d 4 ÷ 6 4 ÷ 6

Lb TBOD5/103.d 8 ÷ 12 8 ÷ 12

Lưu lượ ng nạ p NH3 lb /10 3ft2.d - 0,15 ÷ 0,3 0,2 ÷ 0,4

Thờ i gian lưu tồn nướ c (giờ ) 0,7 ÷ 1,5 1,5 ÷ 4 1,2 ÷ 2,9

BOD5 n ướ c thải sau xử lý mg/L 15 ÷ 30 7 ÷ 15 7 ÷ 15

NH3 nướ c thải sau xử lý mg/L - < 2 1 ÷ 2


Ghi chú: gal/ft2.d × 0,0407 = m 3/m2.d lb/103ft2.d × 0,0049 = kg/m 2.d

Các thiế t bị cơ khí cho đĩ a sinh học

Tr ục quay: tr ục quay dùng để g ắn k ết các đĩ a sinh học bằng plastic và quay chúng quanh tr ục.Chiều dài tối đa của tr ục quay là 27 ft (8,23 m) trong đó 25 ft (7,62 m) dùng để g ắn các đĩ a sinh

học. Các tr ục quay ngắn hơ n biến thiên từ 5 ÷ 25 ft (1,52 ÷ 7,62 m). C ấu trúc, đặc điểm của tr ụcquay và cách gắn các đĩ a sinh học vào tr ục phụ thu ộc vào cơ s ở s ản xuất.

Đĩ a sinh học: đượ c sản xuất từ PE có nhi ều nế p gấ p để t ăng diện tích bề m ặt. Tùy theo diện tích bề mặt ngườ i ta chia làm 3 loại: loại có diện tích bề m ặt thấ p (9290m2/8,23m tr ục), loại có diện tích bề m ặt trung bình và loại có diện tích bề m ặt cao (11.149 ÷ 16.723m 2/8,23m tr ục).

Thiết bị truy ền động: để quay các đĩ a sinh học ngườ i ta có thể dùng motor truy ền động gắn tr ựctiế p vớ i tr ục hoặc dùng bơ m nén khí. Trong tr ườ ng hợ p dùng bơ m nén khí các đầu phân phối khíđặt ngầm trong bể, thổi khí vào các chiếc tách hứng khí tạo thành lực đẩy làm quay đĩ a sinh học.Bơ m nén khí vừa quay đĩ a vừa cung cấ p thêm oxy cho quá trình. Cả hai lo ại này đều có độ tin c ậy

cao.

Bể ch ứa đĩ a sinh học: có thể tích 45,42 m 3 cho 9290 m 2 đĩ a sinh học, lưu lượ ng nạ p 0,08 m3/m2.dthông thườ ng độ sâu c ủa nướ c là 1,52 m và 40% diện tích đĩ a sinh học ngậ p trong nướ c thải.

Mái che: mái che có thể làm b ằng tấm sợ i thủy tinh, có nhiệm vụ b ảo vệ đĩ a sinh học khỏi bị h ư hại bở i tia UV và các tác nhân vật lý khác, giữ nhi ệt cần thiết cho quá trình, khống chế s ự pháttriển của tảo.

Các sự c ố trong v ận hành bao gồm: tr ục quay bị h ỏng do thiết k ế kém, s ự m ỏi kim loại, quá nhiềuvi sinh vật bám trên đĩ a. Đĩ a sinh học bị h ư do ti ế p xúc vớ i nhiệt, các dung môi hữu cơ , tia UV. Ổ

bi bị k ẹt do thiếu mỡ bò. Mùi hôi do l ưu lượ ng nạ p chất hữu cơ quá cao. Để gi ải quyết các vấn đề




82

82

trên hiện nay ngườ i ta có khuynh hướ ng đặt các đĩ a sinh học sâu hơ n trong nướ c thải để làmgiảm tải tr ọng của tr ục và ổ bi.

XII.PHƯƠ NG PHÁP K ẾT TỦA

Cơ ch ế c ủa quá trình này là việc thêm vào nướ c thải các hóa chất để làm k ết tủa các chấthòa tan trong nướ c thải hoặc chất r ắn lơ l ửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình l ắng cặn

Tr ướ c đây ngườ i ta thườ ng dùng quá trình này để kh ử b ớ t chất r ắn lơ l ửng, sau đó là BOD củanướ c thải khi có sự bi ến động lớ n về SS, BOD c ủa nướ c thải cần xử lý theo mùa v ụ s ản xuất; khinướ c thải cần phải đạt đến một giá tr ị BOD, SS nào đó tr ướ c khi cho vào quá trình xử lý sinh h ọcvà tr ợ giúp cho các quá trình l ắng trong các bể l ắng sơ và th ứ c ấ p. Các hóa chất thườ ng sử d ụngcho quá trình này đượ c liệt kê trong bảng 6.1. Hiệu suất lắng phụ thu ộc vào lượ ng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thườ ng nếu tính toán tốt quá trình này có thể lo ại đượ c 80 ÷ 90%TSS, 40 ÷ 70% BOD 5, 30 ÷ 60% COD và 80 ÷ 90% vi khu ẩn trong khi các quá trình lắng cơ h ọc

thông thườ ng chỉ lo ại đượ c 50 ÷ 70% TSS, 30 ÷ 40% ch ất hữu cơ .

Các hóa chất thườ ng sử dụng trong quá trình k ết tủa

Teân hoùa chaát Coâng thöùc Troïnglöôïng phaân

töû

Troïng löôïng rieâng, lb/ft3

Khoâ Dung dòch

Pheøn nhoâm Al2(SO4)3.18H2O

Al2(SO4)3.14H2O

666,7

594,3

60 ÷ 75

60 ÷ 75

78 ÷ 80 (49%)

83 ÷ 85 (49%)

Ferric chloride FeCl3 162,1 84 ÷ 93

Ferric sulfate Fe2(SO4)3

Fe2(SO4)3.3H2O

400

454 70 ÷ 72

Ferric sulfate(copperas)

FeSO4.7H2O 278,0 62 ÷ 66

Voâi Ca(OH)2 56 theo CaO 35 ÷ 50


Ghi chú: lb/ft3 × 16,0185 = kg/m 3

S ử d ụng hóa chấ t để loại chấ t r ắn l ơ l ử ng

Phèn nhôm: khi đượ c thêm vào nướ c thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phảnứng xảy ra như sau:




83

83

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 ⇔ 3CaSO 4 + 2Al(OH) 3 + 6CO 2 + 18H 2O

Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống vớ i một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất r ắnlơ l ửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để ph ản ứng

hoàn toàn vớ i 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử d ụng thêm vôi để alkalinity thíchhợ p.

Vôi: khi cho vôi vào nướ c thải các phản ứng sau có thể x ảy ra

Ca(OH)2 + H 2CO3 ⇔ CaCO 3 + 2H 2O

Ca(OH)2 + Ca(HCO 3)2 ⇔ 2CaCO 3 + 2H 2O

Quá trình lắng của CaCO3 s ẽ kéo theo các ch ất r ắn lơ l ửng.

Sulfate sắ t và vôi: trong hầu hết các tr ườ ng hợ p sulfate sắt không sử d ụng riêng lẻ mà ph ải k ếthợ p vớ i vôi để t ạo k ết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau:

FeSO4 + Ca(HCO 3)2 ⇔ 2Fe(HCO 3)2 + CaSO4 + 2H 2O

Fe(HCO3)2 + Ca(OH) 2 ⇔ 2Fe(OH) 2 + 2CaCO3 + 2H 2O

4Fe(OH)2 + O 2 + 2H 2O⇒ 4Fe(OH) 3

Khi Fe(OH)3 l ắng xuống nó sẽ kéo theo các ch ất r ắn lơ l ửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy.

Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau

FeCl3 + 3 H 2O ⇔ Fe(OH) 3 + 3H + + 3Cl -

3H+ + 3HCO 3- ⇔ 3H 2CO3

Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau

FeCl3 + Ca(OH)2 ⇔ 3CaCl 2 + 2Fe(OH)3

Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau

Fe2(SO4)3 + Ca(OH) 2 ⇔ 3CaSO 4 + 2Fe(OH)3

S ử d ụng hóa chấ t để loại bỏ phospho trong nướ c thải

Vôi: như đã trình bày ở các ph ươ ng trình trên, khi cho vôi vào nướ c thải nó sẽ ph ản ứng vớ i bicarbonate alkalinity tạo thành k ết tủa CaCO3. Trong môi tr ườ ng pH > 10 các ion Ca+2 s ẽ ph ảnứng vớ i các ion PO4

-3 t ạo nên hydroxylapatite k ết tủa. Để kh ỏi ảnh hưở ng đến quá trình xử lý sinhhọc ngườ i ta thườ ng dùng vôi ở li ều lượ ng thấ p 75 ÷ 250 mg/L Ca(OH) 2 và pH t ừ 8,5 ÷ 9,5.




84

84

10 Ca+2 + 6 PO 4-3 + 2 OH - ⇔ 2Ca 5(PO4)3OH

Phèn nhôm: phản ứng xảy ra như sau

Al+3 + HnPO 43-n ⇔ AlPO 4 + nH +

Các liều lượ ng phèn nhôm thườ ng sử dụng và hiệu suất khử phospho của nó

Hieäu suaátkhöû phospho

(%)

Tæ leä Mole (Al : P)

Khoaûng bieán thieân Giaù trò thöôøng duøng

75 1,25 : 1 ÷ 1,5 : 1 1,4 : 1

85 1,6 : 1 ÷ 1,9 : 1 1,7 : 1

95 2,1 : 1 ÷ 2,6 : 1 2,3 : 1

Ferric: phản ứng xảy ra như sau

Fe+3 + HnPO 43-n ⇔ FePO 4 + nH +

Tùy theo bản chất của nướ c thải, qui trình xử lý mà giai đoạn khử phospho c ủa nướ c thải cóthề di ễn ra ở b ể l ắng sơ c ấ p, bể l ắng thứ c ấ p, bể l ắng riêng đặt sau bể l ắng thứ c ấ p.

Löu löôïng naïp nöôùc thaûi cho beå laéng trong tröôøng hôïp coù söû duïng hoùa chaát trôï laéng

Loaïi hoùa chaát Löu löôïng naïp nöôùc thaûi gal/ft2.d

Khoaûng cho pheùp Giaù trò thöôøng duøng

Phèn nhôm 600 ÷ 1200 1200

Ferric 600 ÷ 1200 1200

Vôi 750 ÷ 1500 1500

Nướ c thải không hóa chất 600 ÷ 1200 1200


Ghi chú: gal/ft2.d × 0,0407 = m 3/m2.d




85

85

Hình 6.1 chỉ ra các s ơ đồ c ủa quá trình khử phospho b ằng phươ ng pháp hóa học.

K ế t t ủa các kim loại nặng

Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung dịch bằng quá trình lắng, lọc.

pH là một nhân tố quan tr ọng cho quá trình k ết tủa. Bảng dướ i đây đưa ra độ pH thích h ợ pcho quá trình k ết tủa các kim loại nặng.

pH thích hôïp cho vieäc keát tuûa caùc kim loaïi

Ion pH Ion pH

Fe (+3) 2,0 Ni (+2) 6,7

Al (+3) 4,1 Cd (+2) 6,7




86

86

Cr (+3) 5,3 Co (+2) 6,9

Cu (+2) 5,3 Zn (+2) 7,0

Fe (+2) 5,5 Mg (+2) 7,3

Pb (+2) 6,0 Mn (+2) 8,5

Khaû naêng hoøa tan cuûa moät soá hydroxide kim loaïi vaø sulfide theo pH

XIII. PHƯƠ NG PHÁP QUANG XÚC TÁC

Quá trình quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằng chất xúc tác,dựa trên nguyên tắc chất xúc tác Cat nhận năng lượ ng ánh sáng sẽ chuy ển sang dạng hoạt hóa *

Cat, sau đó * Cat sẽ chuy ển năng lượ ng sang cho chất thải và chất thải sẽ b ị bi ến đổi sang dạngmong muốn. Quá trình có thể tóm t ắt như sau:

Cat + nlgás → * Cat

* Cat + chất thải → * ch ất thải + Cat

* Chất thải → s ản phẩm

Hoặc:




87

87

*Cat + chất thải → (ch ất thải)- + Cat +

(chất thải)- → (s ản phẩm)-

Cat+ + (s ản phẩm)- → s ản phẩm + Cat

Một số ch ất bán dẫn đượ c sử d ụng làm chất quang xúc tác trong đó zinc oxide ZnO, titaniumdioxide TiO2, zinc titanate Zn2TiO2, cát biển, CdS là các chất cho hiệu quả cao. TiO 2 r ất hiệu quả trong việc phân hủy chloroform và urea (Kogo et al., 1980), thuốc tr ừ sâu g ốc lân hữu cơ nh ư dimethyl phosphate (Harada et al., 1976). Cyanide (CN -) (10.6 ppm KCH, 0,01 M NaOH) có thể b ị phân hủy nhanh chóng trong môi tr ườ ng có chứa 5% TiO2 và chi ếu sáng vớ i nguồn sáng có bướ csóng 350 nm (Carey and Oliver, 1980). Đầu tiên CN- b ị oxy hóa thành CNO -. Sau đó hàm lượ ngCNO- gi ảm dần chứng tỏ nó ti ế p tục bị oxy hóa.

Quá trình quang xúc tác xảy ra vớ i bức xạ có b ướ c sóng nhỏ h ơ n 4200oA t ạo nên oxy hoạt tính

phân hủy hoàn toàn các chất thải hữu cơ thành CO 2 và n ướ c (Nemerow và Dasgupta, 1991).

Xöû lyù dung dòch 10,6 ppm KCN, 0,01 M NaOH baèng phöông phaùp quang xuùc taùc vôùi5%TiO2

(Carey and Oliver, 1980)

Sô ñoà qui trình xöû lyù chaát thaûi ñoäc haïi baèng phöông phaùp quang xuùc taùc




88

88

XIV. PH ƯƠ NG PHÁP OXY HOÁ KHỬ

Quá trình oxy hóa khử c ũng đượ c sử d ụng để x ử lý các ch ất thải độc hại. Hai bảng sau liệt kêcác chất oxy hóa khử và các lo ại chất thải thườ ng đượ c áp dụng phươ ng pháp này.

Xử lý chất thải bằng chất oxy hóa

Chất oxy hóa Loại chất thải

Ozone -

Không khí (oxy khí quyển) Sulfite (SO3-2), Sulfide (S-2), Fe+2

Khí Chlor Sulfide, Mercaptans

Khí chlor và xút Cyanide (CN

-

)

Chloride dioxide Cyanide, thuốc trừ sâu (Diquat, Paraquat)

Hypochlorite natri Cyanide, chì

Hypochlorite canxi Cyanide

Permanganate kali Cyanide, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợ p chất hữu cơ cólưu huỳnh, Rotenone, formaldehyde

Permanganate Mn

Hydrogen peroxide Phenol, cyanide, hợ p chất lưu huỳnh, chì

Xử lý chất thải bằng chất khử

Chất thải Chất khử

Cr (6) SO2, muối sulfite (sodium bisulfite, sodiummetabisulfite, sodium hydrosulfite), sulfate sắt, bột sắt, bột nhôm, bột k ẽm.

Chất thải có chứa thủy ngân NaBH4

Tetra-alkyl-lead NaBH4

Bạc NaBH4

Ch ất oxy hóa như NaOH đượ c sử d ụng nhiều trong việc khử độc thuốc tr ừ sâu, các thínghiệm đã cho thấy ở môi tr ườ ng kiềm thờ i gian bán hủy của một số lo ại thuốc tr ừ sâu b ị rút ng ắnmột cách đáng k ể.




89

89

Thờ i gian bán hủy của một số thuốc trừ sâu trong môi trườ ng kiềm

Teân noâng döôïc Ñieàu kieän thí nghieäm Thôøi gian baùn

huûy Nhieät ñoä ( oC) pH

Parathion 15 1 N NaOH 32 phuùt

Methyl parathion 15 1 N NaOH 7.5 phuùt

Malathion 25 10,03 28 phuùt

DDVP 37,5 8,0 462 phuùt

Diazinon 20 10,04 144 giôø

Carbaryl moâi tröôøng Kieàm raát nhanh

Propoxur(Baygon)

20 10.0 40 phuùt

Dillion (1989)

Caùc ñeà nghò veà dung dòch vaø thôøi gian tieáp xuùc ñeå khöû ñoäc moät soá thuoác tröø saâu

Teân noâng döôïc Daïng Dung dòch khöûñoäc

Tyû leä söû duïngDD : Noâng döôïc

Thôøigiantieápxuùc

Monocrotophos

(Alzodrin)

3.2 lb/gal.WM

10% NaOH 4 : 1 (theo theåtích)

12 h

4.0 lb/gal.

WM

10% NaOH 5 : 1 (theo theå

tích)

12 h

80% WP 10% NaOH 1 gal/lb 12 h

Phosphamidon

(Dimeron)

8.0 lb/gal.WM


1 h

10 lb/gal.WM


1 h

6 lb/gal. SC 5% NaOH trong 12 : 1 (theo theå 4 h




90

90

DD 50% ethanolhoaëc 10% NaOHtrong DD 50%ethanol

tích)

Disulfoton

(Di-syston)

10% granular

5% NaOH trongDD 50% ethanol

2 qt/lb 3 h

50% granular 1 qt/lb 3 h

2% granular 1 qt/lb 3 h

Phorate (Thimet) 6 lb/gal EC 10% NaOH trongDD 50% ethanol

6 : 1 (theo theåtích)

15 phuùt

Methamidophos

(Monitor)

4 lb/gal 10% NaOH 8 : 1 (theo theåtích)

15 phuùt

PennCap - M(microencapsulatedmethyl Parathion)

2 lb/gal 5% NaOH trongDD 50% ethanol


12 h

Carbofuran (furadan) 4 lb/gal. F 5% NaOH trongDD 50% ethanol


30 phuùt

10% granular 10% NaOH trongDD 50% ethanol

2 qt/lb 2 h

Aldicarb (Temik) 15% granular


1 gal/lb 12 h

5% hoaëc10% granular

2 qt/lb 12 h

Methomyl (Lannate, Nudrin)

1.8 lb/gal . F 10% NaOH 5 : 1 (theo theåtích)

3 h

90% watersol. dust

10% NaOH 1 gal/lb 12 h

2,5% dust 10% NaOH 1 qt/lb 12 h

Captafol 4 lb/gal F



15 phuùt

80 % WP 1 gal/lb 1 h

EC: Emulsifiable ConcentrateF: Flowable

SC: Spray Concentrate




91

91

WM: Water MiscibleWP: Wettable Powder

Nguồn Dillion (1989)

XV. QUÁ TRÌ NH NITRÁT HOÁ - KH NITRÁT HOÁ

Trong n c th i có ch a 2 lo i ch t dinh d ng c n s quan tâm hàng u ó là nitrogenvà phosphorus. Các sinh v t u c n hai d ng ch t này phát tri n. Tuy nhiên n u chúnghi n di n s l ng l n s làm m t cân b ng dinh d ng trong th y v c a n m t sloài s phát tri n nhanh trong khi m t s loài c ó th gi m s l ng cá th ho c tiêu di t hoàntoàn. Các ngu n chính c a 2 lo i d ng ch t này là b t gi t (n c th i sinh ho t), phân bón,và n c th i các nhà máy ch bi n th c ph m.

Trong các th y v c nitrogen có th tr i qua quá trì nh nitrát hóa và kh nitrát nh sau:

1.Quá tr ình nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là quá trình oxy hóa sinh hóa nit c a các mu i amon u tiên thành nitrit vàsau ó thành nitrat trong i u ki n thí ch ng (có oxy và nhi t trên 4 oC).

Vi khu n tham gia quá trình nitrat hóa g m có 2 nhó m:

• Vi khuẩn nitrit: oxy hóa amoniac thành nitrit hoàn thành giai oạn thứ nhất;• Vi khuẩn nitrat: oxy hóa nitrit thành nitrat, hoàn thành giai oạn thứ hai.

Các ph n ng c bi u di n qua các ph ng trình sau:

2NH3 + 3O 2

Nitrosomonas -------------

2HNO2 + 2H2O(1.7)

2HNO2 + O 2

Nitrobacter ------------

2HNO3 (1.8)

ho c:

(NH4)2CO3 + 3O2 = 2HNO2 + CO2 + 3H2O (1.9)

T c c a giai o n th nh t x y ra nhanh g p 3 l n so v i giai o n hai. B ng

th c nghi m ng i ta ã ch ng minh r ng l ng oxy tiêu hao oxy hóa 1mg nit c a mu i

2HNO2 + O2 = 2 HNO3 (1.10)




92

92

amon giai o n t o nitrit là 343 mg O2, còn giai o n t o nitrat là 4,5 mg O2. S có m tc a nitrat trong n c th i ph n ánh m c khoáng hóa hoàn thành các ch t b n h u c .

Quá trình nitrat hóa có m t ngh a quan tr ng trong k thu t x l n c th i. Tr ctiên nó ph n ánh m c khoáng hó a các ch t h u c nh ã trình bày trên. Nh ng quan tr ngh n là quá trình nitrat hóa tích l y c m t l ng oxy d tr có th dù ng oxy hóa các ch th u c không ch a nit khi l ng oxy t do (l ng oxy hòa tan) ã tiêu hao hoàn toàn cho quátrình ó.

2. Quá tr ình kh nitrat

Quá trình kh nitrat là quá trình tách oxy kh i nitrit, nitrat d i tác d ng c a các vi khu ny m khí (vi khu n kh nitrat). Oxy c tách ra t nitrit và nitrat c dù ng l i oxy hóa các

ch t h u c . L ng oxy c gi i phóng trong quá trình kh nitrit N2O3 là 2,85 mg oxy/1mgnit . Nit c tách ra d ng khí s bay vào khí quy n.

XVI. PHƯƠ NG PHÁP KHỬ TRÙNG

Khử trùng (disinfection) khác v ớ i tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu di ệthoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu di ệt hết các vi sinh vật.

Quá trình khử trùng dùng để tiêu di ệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thươ nghàn, phó thươ ng hàn, lỵ, dịch tả, sở i, viêm gan...

Các biện pháp khử trùng bao g ồm sử d ụng hóa chất, sử d ụng các quá trình cơ lý, s ử d ụngcác bức xạ. Trong phần này chúng ta chỉ bàn đến việc khử trùng b ằng các hóa chất. Các hóa chấtthườ ng sử d ụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các h ợ p chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợ p chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già,các loại kiềm và axít.

So sánh hiệu quả khử trùng của các phươ ng pháp

Phươ ng pháp Hiệu quả (%)

Lọc thô 0 ¸ 5

Lọc tinh 10 ¸ 20

Bể l ắng cát 10 ¸ 25

Bể l ắng sơ ho ặc thứ c ấ p cơ h ọc 25 ¸ 75

Bể l ắng sơ ho ặc thứ c ấ p có thêm hóa chất tr ợ l ắng 40 ¸ 80

Bể l ọc sinh học nhỏ gi ọt 90 ¸ 95

Bể bùn ho ạt tính 90 ¸ 98




93

93

Chlorine hóa nướ c thải sau xử lý 98 ¸ 99

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal

Cl2 hòa tan r ất mạnh trong nướ c (7160 mg/L ở 20 oC và 1 atm). Khi hòa tan trong n ướ c nótạo thành hypochlorous acide

Cl2 + H 2O ------> HOCl + H+ + Cl-

Vớ i hàm lượ ng Cl2 th ấ p hơ n 1000 mg/L và pH > 3 phản ứng thủy phân trên diễn ra hoàntoàn.

Hypochlorous acide sau đó bị ion hóa thành hypochlorite ion.

HOCL

------> OCl-

+ H+

HOCl và OCl- đượ c coi là lượ ng chlor tự do h ữu dụng. Các dạng khác như calciumhypochlorite cũng đượ c sử d ụng

Ca(OCl)2 → Ca 2+ + 2OCl -

Hypochlorous acide sẽ tác d ụng vớ i ammonia để t ạo nên monochloroamine, dichloramine vànitrogen trichloride

NH4+ + HOCl → NH 2Cl + H2O + H+

NH2Cl + HOCl → NHCl 2 + H 2O

NHCl2 + HOCl → NCl 3 + H 2O

Việc sinh ra các sản phẩm trên tùy thuộc vào pH, nhiệt độ, thờ i gian tiế p xúc và tỉ l ệ ban đầugiữa chlorine và ammonia (Cl2 : NH 4

+ - N). Trong khoảng pH từ 7 ÷ 8 và t ỉ l ệ Cl 2 : NH 4

+ - N = 5 :

1 tất cả chlorine t ự do h ữu dụng sẽ chuy ển thành monochloramine trong vòng 1 phút tr ở l ại, nếu tỉ lệ Cl 2 : NH 4

+ - N l ớ n hơ n 5 : 1 thì sẽ có m ột ít dichloramine đượ c tạo nên. Khi pH < 6, một lượ nglớ n nitrogen trichloride đượ c tạo thành, đây là một chất khí có mùi hôi do đó cần quản lý tốt pH để tránh xảy ra tr ườ ng hợ p này. Chloramine đượ c gọi là hợ p chất chlor hữu dụng. Trong nướ c

chloramine bị th ủy phân yếu để t ạo nên hypoclorous acide. Hiệu suất khử trùng c ủa chloramine tùythuộc vào lượ ng hypochlorous acide đượ c tạo nên.

Khi cho chlorine vào nướ c thải có chứa các chất khử (H 2S, NO2-, Fe2+, Mn2+...) amonia và cácamine hữu cơ đườ ng biểu diễn dư l ượ ng chlorine sau các phản ứng đượ c biểu diễn trong hình

Dư lượ ng chlorine trong quá trình sử dụng chlorine để khử trùng

Đầu tiên khi cho chlorine vào nướ c thải nó sẽ ph ản ứng hết vớ i các chất khử do đó không cóchlorine thừa (a - b):

H2S + Cl2 → 2HCl + S




94

94

Chlorine còn tác d ụng vớ i phenol tạo nên mono-, di- hoặc trichlorophenol tạo mùi và vị c ủanướ c. Nó còn tác dụng vớ i mùn trong nướ c tạo thành các hợ p chất chlor trong đó có chloroformCHCl3 là ch ất gây ung thư.

Cho tớ i liều lượ ng b nó đã thỏa mãn nhu cầu về chlor đối vớ i các chất khử, do đó nếu tiế p tụccho thêm chlor vào nó sẽ t ạo nên chloramine, chloramine tạo nên một phần dư l ượ ng ở d ạng hợ pchất chlor hữu dụng. Khi tất cả ammonia và các amine h ữu cơ trong n ướ c thải phản ứng hết vớ ichlorine (c) việc tiế p tục cho thêm chlorine vào sẽ t ạo nên phản ứng oxy hóa chloramine quá trìnhnày sẽ làm gi ảm dư l ượ ng chlor (c - d) và tạo nên N2, NO3 và NCl 3. Việc giảm dư l ượ ng chlorinelà k ết quả c ủa quá trình khử các nguyên t ử chlorine đến mức oxy hóa thấ p nhất (chloride). Sau khiđã k ết thúc quá trình oxy hóa các chloramine nếu tiế p tục cho chlor vào nướ c thải thì sẽ t ạo nên dư lượ ng chlor tự do h ữu dụng do đó đườ ng biểu diễn từ điểm d sẽ đi lên. Điểm d đượ c coi như là"điểm dừng" của đồ th ị. Việc xác định điểm dừng để xác định liều lượ ng chlorine cần sử d ụng choquá trình xử lý ammonia và kh ử trùng n ướ c thải (cần thiết phải có dư l ượ ng chlor tự do h ữu dụngđể b ảo đảm cho quá trình khử trùng). Tuy nhiên vi ệc áp dụng điểm dừng để xác định liều lượ ng

chlorine đòi hỏi k ỹ thu ật cao cho nên ít đượ c ứng dụng.

Để đơ n giản hóa vấn đề trong vi ệc xử lý n ướ c thải sinh hoạt ngườ i ta xác định dư l ượ ng hợ pchất chlor hữu dụng sau 15 phút tiế p xúc giữa nướ c thải và chlorine nếu đạt nồng độ 0,5 mg/L thìliều lượ ng chlorine sử d ụng là đủ và ng ườ i ta gọi đó là lượ ng chlorine cần thiết.

Để hoàn thành công đoạn xử lý n ướ c thải bằng chlorine nướ c thải và dung dịch chlor (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiếu ngang của bể tr ộn) đượ c cho vào bể tr ộn trang bị m ột máykhuấy vận tốc cao, thờ i gian lưu tồn của nướ c thải và dung dịch chlorine trong bể tr ộn không ngắnhơ n 30 giây. Sau đó nướ c thải đã tr ộn lẫn vớ i dung dịch chlorine đượ c cho chảy qua bể ti ế p xúcđượ c chia thành những kênh dài và hẹ p theo đườ ng gấ p khúc.

Thờ i gian tiế p xúc giữa chlorine và nướ c thải từ 15 ÷ 45 phút, ít nh ất phải giữ đượ c 15 phútở t ải đỉnh. Bể ti ế p xúc chlorine thườ ng đượ c thiết k ế theo ki ểu plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ l ệ dài :r ộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu của nướ c thải phải từ 2 ÷ 4,5 m/phút để tránh l ắng bùntrong bể.




95

95

Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine

Tổng chiều dài của kênh có thể tính b ằng công thức:

trong ñoù

L: tổng chiều dài của kênhV/Q: thờ i gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thờ i gian tiế p xúcW: chiều r ộng kênhD: chiều sâu mực nướ c trong kênhQmax: lưu lượ ng nướ c thải ở t ải đỉnh

Ngườ i ta thườ ng sử d ụng thờ i gian tiế p xúc là 15 phút chiều r ộng của kênh là 0,3 m và chiềusâu của nướ c trong kênh là 1,33 m.

Để d ễ dàng lo ại bỏ các c ặn lắng, bể ti ế p xúc nên đượ c lắ p đặt các ống thoát nướ c ở d ướ iđáy.

So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình khử trùng

Đặc diểm Đặc điểm mongmuốn đạt đượ c

Chlorine Sodiumhypochloride

Calciumhypochloride

Chlorinedioxide

Brominechloride

Ozone UV




96

96

Độc tínhđối vớ i visinh vật

Độc tính cao ở nồng độ cao

Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao

Độ hòa tan Phải hòa tantrong nướ choặc mô

Thấ p Cao Cao Cao Thấ p Cao N/A

Độ b ền Ít giảm tínhdiệt khuẩntheo thờ i gian

Bền Hơ ikhông ổnđịnh

Tươ ng đối bền

không bền

sx khicần

Hơ ikhôngổnđịnh

không bền

sx khicần

sxkhicần

Không độcđối vớ i sv bậc cao

Độc đối vớ ivsv, khôngđộc vớ i ngườ i

và động vật

R ất độcvớ i sv

bậc cao

Độc Độc Độc Độc Độc Độc

Tính đồngnhất trongdung dịch

- Đồngnhất

Đồng nhất Đồng nhất Đồngnhất

Đồngnhất

Đồngnhất

N/A

Tác dụngvớ i cá chấtkhác

Chỉ tác d ụngvớ i vi khuẩnkhông tácdụng vớ i chấthữu cơ

Oxy hóachất hữu

cơ

Chất oxyhóa mạnh

Chất oxyhóa mạnh

Cao Oxyhóachất

hữu cơ

Oxyhóachấthữucơ

-

Độc tính ở

các nhiệtđộ khácnhau

Giữ đượ c độ

độc ở kho ảng biến thiên củanhiệt độ môitr ườ ng

Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao

Độ ăn mòn Không ănmòn kim loại

Ăn mònmạnh

Ăn mòn Ăn mòn Ănmònmạnh

Ănmòn

Ănmònmạnh

N/A

Khả n ăngkhử mùi

Có khả n ăngkhử mùi khikhử trùng

Cao Trung bình

Trung bình

Cao Trung bình

Cao -

L: tổng chiều dài của kênh

V/Q: thờ i gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thờ i gian tiế p xúcW: chiều r ộng kênhD: chiều sâu mực nướ c trong kênhQmax: lưu lượ ng nướ c thải ở t ải đỉnh

Ngườ i ta thườ ng sử d ụng thờ i gian tiế p xúc là 15 phút chiều r ộng của kênh là 0,3 m và chiềusâu của nướ c trong kênh là 1,33 m.




97

97

Để d ễ dàng lo ại bỏ các c ặn lắng, bể ti ế p xúc nên đượ c lắ p đặt các ống thoát nướ c ở d ướ iđáy.

Như đã nói ở trên các hóa ch ất thườ ng sử d ụng trong quá trình khử trùng là Cl 2, ClO2,

Ca(ClO)2, NaOCl. Các yếu tố ảnh hưở ng đến quá trình là khả n ăng diệt khuẩn của các hóa chấtnày, quá trình khuấy tr ộn ban đầu, đặc tính cuả n ướ c thải, thờ i gian tiế p xúc giữa nướ c thải và chấtkhử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật.

Các liều lượ ng chlorine thườ ng dùng cho các mục đích khác nhau

trong quá trình xử lý nướ c thải

Mục đích sử dụng Liều lượ ng mg/L

Ngăn quá trình ăn mòn do H2S 2 ¸ 9 a

Khử mùi hôi 2 ¸ 9 a

Khống chế quá trình phát tri ển của các màng bùn vi sinh vật 1 ¸ 10

Khử BOD 0,5 ¸ 2 b

Khống chế ru ồi ở b ể l ọc sinh học 0,1 ¸ 0,5

Loại dầu, mỡ 2 ¸ 10

Khử trùng n ướ c thải chưa qua xử lý 6 ¸ 25

Khử trùng n ướ c thải đã qua xử lý c ấ p I 5 ¸ 20

Khử trùng n ướ c thải sau k ết tủa hóa học 2 ¸ 6

Khử trùng n ướ c thải đã qua xử lý b ằng bể l ọc sinh học 3 ¸ 15

Khử trùng n ướ c thải đã qua xử lý b ằng bể bùn ho ạt tính 2 ¸ 8


Ghi chú: a: trên mg/L H2S b: cho 1 mg/L BOD khử đi

G. TÁI SỬ DỤNG NƯỚ C THẢI

Nướ c thải nếu không đượ c xử lý đúng mức sẽ gây ô nhi ễm môi tr ườ ng. Tuy nhiên trong nướ cthải sinh hoạt có chứa một lượ ng khá lớ n năng lượ ng, đạm và các chất khoáng như kali, photpho,canxi... là những phân bón có giá tr ị đối vớ i nông nghiệ p. Cho nên việc tái sử d ụng các giá tr ị nàycủa chất thải sẽ góp ph ần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và b ảo vệ môi tr ườ ng.

Mục tiêu của việc tái sử d ụng chất thải hữu cơ là x ử lý các ch ất thải và giữ l ại các chất dinhdưỡ ng có giá tr ị để tái s ử d ụng. Các chất dinh dưỡ ng này gồm Carbon, Nitrogen, Phospho và cáckhóang vi lượ ng. Chúng đượ c tái sử d ụng để:




98

98

1. S ản xuấ t nông nghi ệ p

Các chất thải hữu cơ có th ể s ử d ụng để làm phân bón ho ặc cải tạo đất. Tuy nhiên, nếu sử dụng chất thải chưa đượ c xử lý thì đạt đượ c hiệu quả không cao b ở i vì cây tr ồng chỉ h ấ p thu các

chất dinh dưỡ ng dạng vô cơ (ví d ụ NO3-

và PO 43-

), các vi khuẩn và ký sinh trùng trong chất thảichưa đượ c xử lý có th ể lây nhi ễm cho ngườ i sử d ụng hoặc tiêu thụ các s ản phẩm.

Quá trình phân hủy hiếu khí hay yếm khí đã biến đổi các chất thải hữu cơ thành các ch ất vôcơ thích h ợ p cho cây tr ồng và tiêu diệt phần lớ n các vi khuẩn và ký sinh trùng.

2. S ản xuấ t Biogas

Biogas, một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ , đượ c xem là mộtnguồn năng lượ ng tại chỗ thay th ế d ầu hỏa, củi... Biogas là một hỗn hợ p khí bao gồm methane(khoảng 65%), CO2 (kho ảng 30%) và một ít NH3, H2S và các chất khí khác. Năng lượ ng của

Biogas chủ y ếu là từ khí methane. Methane có nhi ệt tr ị là 1012 BTU/ft3

(ho ặc 9.005 Kcal/m3

) ở 15.5oC và 1 atm. Nhi ệt tr ị c ủa Biogas khoảng 500 ÷ 700 BTU/ft 3 (4.450 ÷ 6.230 Kcal/m 3).

Đối vớ i hầm ủ Biogas lo ại nhỏ (1 ÷ 5 m 3) lắ p đặt cho các hộ gia đình đề x ử lý ch ất thải sinhhoạt hay phân gia súc, Biogas đượ c sử d ụng để đun nấu, thắ p sáng và sưở i ấm. Đối vớ i hầm ủ Biogas loại lớ n dùng để x ử lý n ướ c thải công nghiệ p hoặc của các tr ại chăn nuôi lớ n, Biogas đượ csử d ụng để đun nướ c cho các nồi hơ i, hoặc chạy các động cơ đốt trong.

Chất thải của hầm ủ Biogas giàu ch ất dinh dưỡ ng là một nguồn phân bón có giá tr ị. Nướ c thảiđượ c dùng để nuôi t ảo hoặc phiêu sinh động vật (Moina) để làm th ức ăn cho cá hoặc bón thẳngxuống ao cá. Chất thải r ắn đượ c phơ i khô r ồi r ải trên đồng ruộng, hoặc bón cho ao cá.

3. S ản xuấ t thủ y sản

Ở nh ững vùng nhiệt đớ i chất thải hữu cơ đượ c tái sử d ụng trong sản xuất thủy sản qua 3 hoạt độngchính sau:

• Sản xuất tảo (đạm đơ n bào).• Phiêu sinh thực vật (macrophytes, bèo, lục bình)• Nuôi cá

4. Tái sử d ụng gián ti ế p

Khi nướ c thải đượ c thải tr ực tiế p ra sông r ạch, quá trình "tự làm s ạch" nguồn nướ c do hoạtđộng phân hủy và cố định các chất hữu cơ trong n ướ c thải của vi khuẩn có sẵn trong tự nhiên s ẽ diễn ra. Do đó ở h ạ l ưu cách xa nguồn thải một khoảng cách nhất định ngườ i ta có thể s ử d ụngnguồn nướ c đó để t ướ i tiêu cho cây tr ồng mà không làm ô nhiễm môi tr ườ ng.




99

99

H. QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚ C

Để thi ết k ế các h ệ th ống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan ch ức năng quản lý môi tr ườ ng,chúng ta cần nắm vững các qui định và phươ ng pháp quản lý của các cơ quan này. Sau đây, chúngta sẽ bàn đến các qui định này.

Quản lý các nguồn nướ c

Sự ô nhi ễm các nguồn nướ c có thể x ảy ra do ô nhiễm tự nhiên và ô nhi ễm nhân tạo

• Ô nhiễm tự nhiên là do quá trình phát tri ển và chết đi của các loài thực vật, động vật cótrong nguồn nướ c, hoặc là do nướ c mưa r ửa trôi các chất gây ô nhiễm từ trên m ặt đất chảyvào nguồn nướ c.

• Ô nhiễm nhân tạo chủ y ếu là do xả n ướ c thải sinh hoạt và công nghiệ p vào nguồn nướ c.

Nguồn nướ c bị ô nhi ễm có các dấu hiệu đặc tr ưng sau đây:

• Có xuất hiện các chất nổi trên bề m ặt nướ c và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn• Thay đổi tính chất lý học (độ trong, màu, mùi, nhi ệt độ...)• Thay đổi thành phần hóa học (pH, hàm lượ ng của các chất hữu cơ và vô c ơ , xuất hiện các

chất độc hại...)• Lượ ng oxy hòa tan (DO) trong nướ c giảm do các quá trình sinh hoá để oxy hóa các ch ất

bẩn hữu cơ v ừa mớ i thải vào• Các vi sinh vật thay đổi về loài và v ề s ố l ượ ng. Có xuất hiện các vi trùng gây bệnh.

Nguồn nướ c bị ô nhi ễm có ảnh hưở ng r ất lớ n đến hệ th ủy sinh vật, việc sử d ụng nguồn nướ cvào mục đích cấ p nướ c hoặc mỹ quan c ủa thành phố.

Để đảm bảo nguồn nướ c khỏi sự ô nhi ễm bẩn do nướ c thải sinh hoạt và nướ c thải côngnghiệ p cũng như để tránh s ự ô nhi ễm tự nhiên, các c ơ quan ch ức năng có trách nhiệm theo dõi việcxả các lo ại nướ c thải vào nguồn đặt ra các tiêu chuẩn để ki ểm tra. Tiêu chuẩn chất lượ ng môitr ườ ng là giớ i hạn cho phép tối đa về li ều lượ ng hoặc nồng độ c ủa các tác nhân gây ô nhiễm trongtừng vùng cụ th ể ho ặc cho từng mục đích sử d ụng cụ th ể đối vớ i từng thành phần của môi tr ườ ng.Hai tiêu chuẩn thườ ng đượ c sử d ụng trong việc bảo vệ ngu ồn nướ c là "tiêu chuẩn nướ c thải" và




100

100

"tiêu chuẩn nguồn nướ c". Theo qui định các xí nghiệ p phải xử lý n ướ c thải đạt đến "tiêu chuẩnnướ c thải" cho phép mớ i đượ c xả vào ngu ồn nướ c. Tuy nhiên biện pháp này gây ra sự tranh cãi vìnó chỉ qu ản lý nồng độ các ch ất gây ô nhiễm trong nướ c thải chứ không qu ản lý tổng lượ ng chấtgây ô nhiễm do một nhà máy thải. Một nhà máy lớ n tuy thải ra nướ c thải có hàm lượ ng chất gây ô

nhiễm giống như m ột nhà máy nhỏ nh ưng tổng thể tích c ủa nó lớ n hơ n nhiều; do đó tỉ l ệ đóng gópcủa nó trong việc gây ô nhiễm môi tr ườ ng sẽ l ớ n hơ n. Bảo vệ các ngu ồn nướ c theo "tiêu chuẩnnguồn nướ c" dựa trên cơ s ở x ế p loại các nguồn nướ c và quản lý tất cả các ngu ồn xả để duy trìnguồn nướ c đó ở m ức độ đã đề ra. Qu ản lý các nguồn nướ c theo "tiêu chuẩn nướ c thải" dễ h ơ ntheo "tiêu chuẩn nguồn nướ c".

Giá trị giớ i hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nướ c mặt

(TCVN 5942-1995)

SoáTT Thoâng soá Ñôn vò Giaù trò cô baûn

A B

pH 6 ÷ 8,5 5,5 ÷ 9

BOD5 (20oC) mg/L < 4 < 25

COD mg/L >1 0 > 35

Oxy hoøa tan (DO) mg/L ≥ 6 ≥ 2

Chaát raén lô löûng (SS) mg/L 20 80

Arsen mg/L 0,05 0,1

Bari mg/L 1 4

Cadimi mg/L 0,01 0,02

Chì mg/L 0,05 0,1

Crom (VI) mg/L 0,05 0,05

Crom (III) mg/L 0,1 1

Ñoàng mg/L 0,1 1

Keõm mg/L 1 2

Mangan mg/L 0,1 0,8

Niken mg/L 0,1 1






102

102

SoáTT

Thoâng soá Ñôn vò Giaù trò tôùi haïn

A B C

1. Nhieät ñoä oC 40 40 45

2. pH 6 ÷ 9 5,5 ÷ 9 5 ÷ 9

3. BOD5 (20oC) mg/L 20 50 100

4. COD mg/L 50 100 400

5. Chaát raén lô löûng (SS) mg/L 50 100 200

6. Arsen mg/L 0,05 0,1 0,5

7. Cadmi mg/L 0,01 0,02 0,5

8. Chì mg/L 0,1 0,5 1

9. Clo dö mg/L 1 2 2

10 Crom (VI) mg/L 0,05 0,1 0,5

11. Crom (III) mg/L 0,2 1 2

12. Daàu môõ khoaùng mg/L KPHÑ 1 5

13. Daàu ñoäng vaät mg/L 5 10 30

14. Ñoàng mg/L 0,2 1 5

15. Keõm mg/L 1 2 5

16. Mangan mg/L 0,2 1 5

17. Niken mg/L 0,2 1 2

18. Phot pho höõu cô mg/L 0,2 0,5 1

19. Photpho toång soá mg/L 4 6 8

20. Saét mg/L 1 5 10

21. Thuûy ngaân mg/L 0,005 0,005 0,01

22. Thieác mg/L 0,2 1 5




103

103

23. Tetracloetylen mg/L 0,02 0,1 0,1

24. Florua mg/L 1 2 5

25. Toång nitô mg/L 30 60 60

26. Amoniac (tính theo N) mg/L 0,1 1 10

27. Xianua mg/L 0,05 0,1 0,2

28. Phenola (toång soá) mg/L 0,001 0,05 1

29. Tricloetylen mg/L 0,05 0,3 0,3

30. Sulfua mg/L 0,2 0,5 1

31. Total Coliform MPN/100mL

5000 10000 -

32. Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï α Bq/L 0,1 0,1 -

33. Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï β Bq/L 1,0 1,0 -

Ghi chú:

A các nguồn nướ c dùng làm nguồn cấ p nướ c sinh hoạt

B dùng cho giao thông thủy, tướ i tiêu, bơ i lội, thủy sản, tr ồng tr ọt...

> B và ≤ C ch ỉ đổ vào các n ơ i qui định

> C không đượ c thải ra môi tr ườ ng

Hai bảng trên nêu lên các tiêu chuẩn để qu ản lý nguồn nướ c và quản lý nguồn xả ở Vi ệt Nam. Ở Mỹ ng ườ i ta phân loại các nguồn nướ c k ỹ h ơ n, ví dụ nh ư:

Nguồn nướ c ng ọt

• Loại AA: nguồn nướ c uống sau khi khử trùng và x ử lý để lo ại bỏ các t ạ p chất tự nhiên (n ếucần thiết).

• Loại A: nguồn nướ c uống sau khi xử lý l ắng, lọc, khử trùng và x ử lý để lo ại bỏ các t ạ p chấttự nhiên (n ếu cần thiết).

• Loại B: nguồn nướ c cho bơ i lội, tắm và các sử d ụng ở m ức thấ p hơ n.• Loại C: nguồn nướ c dùng cho các hoạt động đánh bắt thủy sản hoặc các sử d ụng ở m ức

thấ p hơ n.




104

104

• Loại D: nguồn nướ c sử d ụng cho các hoạt động nông nghiệ p, làm nguội các hoặc chế biến các sản phẩm công nghiệ p hoặc các sử d ụng ở m ức thấ p hơ n.

Nguồn nướ c l ợ

• Loại SA: nguồn nướ c sử d ụng cho các hoạt động đánh bắt các loài giáp xác để buôn bán vàcác hoạt động khác.

• Loại SB: nguồn nướ c sử d ụng cho các hoạt động bơ i lội và các hoạt động khác ngoại tr ừ việc đánh bắt các loài giáp xác để bán.

• Loại SC: nguồn nướ c sử d ụng cho các hoạt động đánh cá và các hoạt động khác ngoại tr ừ việc bơ i lội và đánh bắt các loài giáp xác để bán.

• Loại SD: nguồn nướ c sử d ụng cho các hoạt động ngoại tr ừ vi ệc bơ i lội, đánh bắt các loàigiáp xác, đánh bắt cá.

Nguồn nướ c ng ầm

• Loại GA: nguồn nướ c sử d ụng làm nướ c uống, nấu nướ ng, chế bi ến thực phẩm và các mụcđích khác.

• Loại GB: nguồn nướ c sử d ụng cho công nghiệ p hoặc các mục đích cấ p nướ c khác ngoại tr ừ các mục đích của loại GA.

S ử d ụng phươ ng pháp quản lý nguồn nướ c cũng có nhữ ng đ iể m bấ t tiện như sau:

• Đối vớ i nguồn nướ c có nhận nướ c thải: nếu nguồn nướ c này có nhiều đoạn đượ c xế p loạikhác nhau thì nướ c thải khi thải vào các nguồn này phải xử lý đến mức độ nào? Ví d ụ n ướ cthải 1 có cần xử lý đến mức đạt tiêu chuẩn để th ải vào nguồn loại B hay không?

• Sẽ có tranh c ải về t ỉ l ệ % c ủa nguồn nướ c đượ c bảo vệ cho các ho ạt động về công nghi ệ p,nông nghiệ p, sinh hoạt... trong tươ ng lai.

• Thủ t ục hành chánh phiền hà và các phản ứng của cộng đồng cũng như ch ủ các xí nghi ệ pkhi thay đổi tiêu chuẩn của nguồn nướ c (nâng lên hay hạ xu ống).

Cần phải tiến hành các điều tra phức tạ p, tốn thờ i gian, tiền bạc suốt nguồn nướ c tr ướ c khi phân loại.

QUY TRÌNH X Ử LÝ N ƯỚ C T Ự NHIÊN

I. QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH CÁC NGUỒN NƯỚ C




105

105

1.Khả năng t ự làm sạch của nguồn nướ c

Khả n ăng khử đượ c các chất ô nhiễm của nguồn nướ c đượ c gọi là khả n ăng "tự làm s ạch" (self purification) của nguồn nướ c. Khả n ăng đó đượ c thể hi ện qua 2 quá trình:

• Qúa trình xáo tr ộn (pha loãng ) thuần tuý lý học giữa nướ c thải vớ i nguồn nướ c.• Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ nhi ễm bẩn trong nguồn nướ c.

Do hai quá trình trên nồng độ các ch ất ô nhiễm đưa vào nguồn nướ c sau một thờ i gian sẽ gi ảmxuống đén một mức nào đó.

Đối vớ i nguồn nướ c có dòng chảy (sông) nướ c thải đượ c pha loãng vớ i nguồn nướ c và theodòng chảy đổ ra bi ển hay một nơ i nào đó. Quãng đườ ng có có thể chia thành nh ững vùng như sau:

• Vùng ngay miệng cống xả n ướ c thải

• Vùng phục hồi lại tr ạng thái bình thườ ng. Quá trình tự làm s ạch đã k ết thúc.

Hoặc:

• Vùng nhiểm bẩn nặng nhất. Hàm lượ ng oxy hào tan trong nguồn đạt giá tr ị nh ỏ nh ất.• Vùng phục hồi lại tr ạng thái bình thườ ng. Quá trình tự làm s ạch đã k ết thúc.

Khả n ăng tự làm s ạch nguồn nướ c phụ thu ộc vào nhiều nhân tố: quan tr ọng nhất là lưu lượ ngcủa nguồn nướ c, mặt thoáng nguồn nướ c, độ sâu c ủa nguồn nướ c, nhiệt độ ...

Để xác định mức độ c ần thiết làm sạch nướ c thải tr ướ c khi cho xả ra ngu ồn nướ c, cần đánh giá

chính xác khả n ăng tự làm s ạch của nguồn nướ c bằng cách tiến hành nghiên cứu cẩn thận về thu ỷ văn, thuỷ sinh và thành ph ần hoá lý của nguồn nướ c ...

Phân chia các vùng của dòng chảy theo khả năng tự làm sạch của nguồn nướ c

2.Quá trình xáo tr ộn nướ c thải vớ i nướ c nguồn




106

106

Khi xác định mức độ xáo tr ộn giữa nướ c thải vớ i nướ c sông không lấy toàn bộ l ưu lượ ngnướ c sông để túnh vì ở khía c ạnh cống xả quá trình xáo tr ộn chưa thể đạt hoàn toàn chỉ đạt mà chỉ đạt hoàn toàn ở m ột khoảng cách nào đó xa cống xả. mặt khác, tỉ l ệ gi ữa lưu lượ ng nướ c thải vàlưu lượ ng nươ vs nguồn càng lớ nthì khoảng cách từ c ống xả đén điểm tính toán (là nơ i đã thực hiện

quá trình xáo tr ộn hoàn toàn) sẽ càng l ớ n.

II.XỬ LÝ NƯỚ C THẢI BẰNG THỦY SINH THỰ C VẬT

1.X ử lý nướ c thải bằng t ảo

Tảo là nhóm vi sinh vật có khả n ăng quang hợ p, chúng có thể ở d ạng đơ n bào (vài loài có kíchthướ c nhỏ h ơ n một số vi khu ẩn), hoặc đa bào (như các loài rong bi ển, có chiều dài tớ i vài mét).Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợ p đượ c và chứa trong tế bàocủa chúng, các loại sắc tố c ủa tảo để phân lo ại chúng.

Một số loài tảo tiêu biểu

Tảo có tốc độ sinh tr ưở ng nhanh, chịu đựng đượ c các thay đổi của môi tr ườ ng, có khả n ăng phát triển trong nướ c thải, có giá tr ị dinh d ưỡ ng và hàm lượ ng protein cao, do đó ngườ i ta đã lợ idụng các đặc điểm này của tảo để:




107

107

• Xử lý n ướ c thải và tái sử d ụng chất dinh dưỡ ng. Các hoạt động sinh học trong các aonuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh d ưỡ ng của nướ c thải chuyển đổi thành các chất dinhdưỡ ng trong tế bào t ảo qua quá trình quang hợ p. Hầu hết các loại nướ c thải đô thị, nôngnghiệ p, phân gia súc đều có thể đượ c xử lý b ằng hệ th ống ao tảo.

• Biến năng lượ ng mặt tr ờ i sang năng lượ ng trong các cơ th ể sinh v ật. Tảo dùng năng lượ ngmặt tr ờ i để quang h ợ p tạo nên đườ ng, tinh bột... Do đó việc sử d ụng tảo để x ử lý n ướ c thảiđượ c coi là một phươ ng pháp hữu hiệu để chuy ển đổi năng lượ ng mặt tr ờ i thành nănglượ ng của cơ th ể s ống.

• Tiêu diệt các mầm bệnh. Thông qua việc xử lý n ướ c thải bằng cách nuôi tảo các mầm bệnhcó trong nướ c thải sẽ b ị tiêu di ệt do các yếu tố sau đây:

1. Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưở ng của quá trình quang hợ p2. Các độc tố ti ết ra từ t ế bào t ảo3. Và sự ti ế p xúc của các mầm bệnh vớ i bức xạ m ặt tr ờ i (UV)

Thông thườ ng ngườ i ta k ết hợ p việc xử lý n ướ c thải và sản xuất và thu hoạch tảo để lo ại bỏ

chất hữu cơ trong n ướ c thải. Tuy nhiên tảo r ất khó thu hoạch (do kích thướ c r ất nhỏ), đa số cóthành tế bào dày do đó các động vật r ất khó tiêu hóa, thườ ng bị nhi ễm bẩn bở i kim loại nặng,thuốc tr ừ sâu, các m ầm bệnh còn lại trong nướ c thải.

Các phản ứng diễn ra trong ao tảo chủ y ếu là "hoạt động cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn".

Sô ñoà cuûa moät ao nuoâi taûo thaâm canh

2.Các yếu tố c ần thiết cho quá trình xử lý n ướ c thải bằng tảo




108

108

Dưỡ ng chất: Ammonia là nguồn đạm chính cho tảo tổng hợ p nên protein của tế bào thôngqua quá trình quang hợ p. Phospho, Magnesium và Potassium cũng là các dưỡ ng chất ảnh hưở ngđến sự phát tri ển của tảo. Tỉ l ệ P, Mg và K trong các t ế bào t ảo là 1,5 : 1 : 0,5.

Độ sâu c ủa ao tảo: độ sâu c ủa ao tảo đượ c lựa chọn trên cơ s ở t ối ưu hóa khả n ăng của nguồnsáng trong quá trình tổng hợ p của tảo. Theo các cơ s ở lý thuy ết thì độ sâu t ối đa của ao tảo khoảng4,5 ÷ 5 inches (12,5cm). Nh ưng những thí nghiệm trên mô hình cho thấy độ sâu t ối ưu nằm trongkhoảng 8 ÷ 10 inches (20 ÷ 25cm). Tuy nhiên trong th ực tế s ản xuất, độ sâu c ủa ao tảo nên lớ n hơ n20cm (và nằm trong khoảng 40 ÷ 50 cm) để t ạo thờ i gian lưu tồn chất thải trong ao tảo thích hợ pvà tr ừ hao th ể tích m ất đi do cặn lắng.

Thờ i gian lưu tồn của nướ c thải trong ao (HRT): thờ i gian lưu tồn của nướ c thải tối ưu là thờ igian cần thiết để các ch ất dinh dưỡ ng trong nướ c thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡ ng trong tế bào tảo. Thườ ng thì ngườ i ta chọn thờ i gian lưu tồn của nướ c thải trong các ao lớ n hơ n 1,8 ngày vànhỏ h ơ n 8 ngày.

Lượ ng BOD nạ p cho ao tảo: lượ ng BOD nạ p cho ao tảo ảnh hưở ng đến năng suất tảo vì nếulượ ng BOD nạ p quá cao môi tr ườ ng trong ao tảo sẽ tr ở nên y ếm khí ảnh hưở ng đến quá trình cộngsinh của tảo và vi khuẩn. Một số thí nghi ệm ở Thái Lan cho th ấy trong điều kiện nhiệt đớ i độ sâucủa ao tảo là 0,35 m, HRT là 1,5 ngày và lượ ng BOD nạ p là 336 kg/(ha/ngày) là tối ưu cho các aotảo và năng suất tảo đạt đượ c là 390 kg /(ha/ngày).

Khuấy tr ộn và hoàn lưu: quá trình khuấy tr ộn trong các ao tảo r ất cần thiết nhằm ngăn khôngcho các tế bào t ảo lắng xuống đáy và tạo điều kiện cho các dinh dưỡ ng tiế p xúc vớ i tảo thúc đẩyquá trình quang hợ p. Trong các ao tảo lớ n khuấy tr ộn còn ngăn đượ c quá trình phân tầng nhiệt độ trong ao tảo và yếm khí ở đáy ao tảo. Nhưng việc khuấy tr ộn cũng tạo nên bất lợ i vì nó làm cho

các cặn lắng nổi lên và ngăn cản quá trình khuếch tán ánh sáng vào ao tảo. Moraine và các cộng sự viên (1979) cho r ằng tốc độ dòng ch ảy trong ao tảo chỉ nên ở kho ảng 5 cm/s. Hoàn lưu giúp cho aotảo giữ l ại đượ c các tế bào vi khu ẩn và tảo còn hoạt động; giúp cho quá trình thông thoáng khí,thúc đẩy nhanh các phản ứng trong ao tảo.

Thu hoạch tảo: tảo có thể đượ c thu hoạch bằng lướ i hoặc giấy lượ c, thu hoạch bằng cách tạo bông cặn hoặc tách nổi, thu hoạch sinh học bằng các loài cá ăn thực vật và động vật không xươ ngsống ăn tảo.

3. X ử lý nướ c thải bằng thủ y sinh thự c vật có kích thướ c l ớ n

Thủy sinh thực vật là các loài thực vật sinh tr ưở ng trong môi tr ườ ng nướ c, nó có thể gây nênmột số b ất lợ i cho con ngườ i do việc phát triển nhanh và phân bố r ộng của chúng. Tuy nhiên lợ idụng chúng để x ử lý n ướ c thải, làm phân compost, thức ăn cho ngườ i, gia súc có thể làm gi ảmthiểu các bất lợ i gây ra bở i chúng mà còn thu thêm đượ c lợ i nhuận.

4. Các loại thủ y sinh thự c vật chính

Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật này phát triển dướ i mặt nướ c và chỉ phát tri ểnđượ c ở các ngu ồn nướ c có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác h ại như làm t ăng độ đục của nguồnnướ c, ngăn cản sự khuy ếch tán của ánh sáng vào nướ c. Do đó các loài thủy sinh thực vật nàykhông hiệu quả trong vi ệc làm sạch các chất thải.




109

109

Th ủy thực vật sống trôi nổi: r ễ c ủa loại thực vật này không bám vào đất mà lơ l ửng trênmặt nướ c, thân và lá của nó phát triển trên mặt nướ c. Nó trôi nổi trên mặt nướ c theo gió và dòngnướ c. R ễ c ủa chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân h ủy các chất thải.

Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có r ễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triểntrên mặt nướ c. Loại này thườ ng sống ở nh ững nơ i có chế độ th ủy triều ổn định.

Moät soá thuûy sinh thöïc vaät tieâu bieåu

Loại Tên thông thườ ng Tên khoa học

Thuỷ sinh thực vật sốngchìm

Hydrilla Hydrilla verticillata

Water milfoil Myriophyllum spicatum

Blyxa Blyxa aubertii

Thuỷ sinh th ực vật sống trôinổi trôi nổi

Lục bình Eichhornia crassipes

Bèo tấm Wolfia arrhiga

Bèo tai tượ ng Pistia stratiotes

Salvinia Salvinia spp

Thuỷ sinh thực vật sống nổi Cattails Typha spp

Bulrush Scirpus spp

Sậy Phragmites communis

Nhiệm vụ của thuỷ sinh thự c vật trong các hệ thống xử lý

Phần cơ thể Nhiệm vụ

R ễ và/ho ặc thân Là giá bám cho vi khuẩn phát triển

Lọc và hấ p thu chất r ắn

Thân và /hoặc lá ở mặt nướ c hoặc phíatrên mặt nướ c

ắnHáp thu ánh mặt tr ờ i do đóẳngn cản sự phát tri ển của tảo

làm giảm ảnh hưở ng của gió lên bề m ặt xử lý

Làm giảm sự trao đổi giữa nướ c và khí quyển

Chuyển oxy từ lá xu ống r ể




110

110

Một số thuỷ sinh thự c vật tiêu biểu

Một số giá trị tham khảo để thiết k ế ao Lục Bình để xử lý nướ c thải

Thông số Số liệu thiết k ế Chất lượ ng nướ c thải sau xử lý

Nướ c thải thô

• Thờ i gian lưu tồnnướ c

> 50 ngày BOD5 < 30mg/L

• Lưu lượ ng nạ pnướ c thải

200 m3/(ha.day) TSS < 30 mg/L

• Độ sâu t ối đa < 1,5 m

• Diện tích một đơ nvị ao

0,4 ha

• Lưu lượ ng nạ p chấthữu cơ

< 30kg BOD5/(ha.day)

• Tỉ l ệ dài : r ộng củaao

> 3 : 1




111

111

Nướ c thải qua xử lý c ấ p I

• Thờ i gian lưu tồnnướ c

> 6 ngày BOD5 < 10mg/L

• Lưu lượ ng nạ pnướ c thải

800 m3/(ha.day) TSS < 10 mg/L

• Độ sâu t ối đa 0,91 m TP < 5 mg/L

• Diện tích một đơ nvị ao

0,4 ha TN < 5 mg/L

• Lưu lượ ng nạ p chấthữu cơ

< 50kg BOD5/(ha.day)

• Tỉ l ệ dài : r ộng củaao

> 3 : 1

O'Brien (1981) trích d ẫ n bở i Chongrak Polprasert (1989)

III.CÁNH ĐỒNG CHẢY TRÀN

Là phươ ng pháp xử lý n ướ c thải trong đó nướ c thải đượ c cho chảy tràn lên bề m ặt cánh đồngcó độ d ốc nhất định xuyên qua các cây tr ồng sau đó tậ p trung lại trong các kênh thu nướ c.

Mục đích:

• Xử lý n ướ c thải đến mức của các quá trình xử lý c ấ p II, cấ p III• Tái sử d ụng chất dinh dưỡ ng để tr ồng các thảm cỏ ho ặc tạo các vành đai xanh.

Hiệu suất xử lý SS, BOD 5 c ủa hệ th ống từ 95 ÷ 99%, hi ệu suất khử nit ơ kho ảng 70 ÷ 90%, phospho khoảng 50 ÷ 60%.

Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết k ế:

• Đất ít thấm nướ c sét hoặc sét pha cát• Lưu lượ ng nạ p nướ c thải thô là 10 cm/tuần• Lưu lượ ng nạ p nướ c thải sau xử lý c ấ p I là 15 ¸ 20 cm/tuần• Lưu lượ ng nạ p nướ c thải sau xử lý c ấ p II là 25 ¸ 40 cm/tuần.

Độ sâu c ủa mực nướ c ngầm không cần thiết. Độ d ốc khoảng 2 ÷ 4%, chi ều dài đườ ng đi củanướ c thải không nhỏ h ơ n 36 m. Thờ i gian nạ p kéo dài 6 ÷ 8 gi ờ sau đó cho đất nghỉ 16 ÷ 18 gi ờ ,vận hành 5 ÷ 6 ngày/tu ần.

Tính lượ ng BOD5 và TOC b ị kh ử theo công th ức:




112

112

BOD5:

TOC:

trong ñoù

C: BOD5 hoaëc TOC caàn ñaït cuûa nöôùc thaûi ñaàu raC0: BOD5 hoaëc TOC cuûa nöôùc thaûi ñaàu vaøoA vaø A': heä soá thöïc nghieäm veà khaû naêng khöû BOD5 hoaëc TOC cuûa heä thoángK vaø k': haèng soá thöïc nghieäm veà toác ñoä khöû BOD5 hoaëc TOC cuûa heä thoángK hoaëc k' = k/qn

k vaø n: heä soá thöïc nghieäm

q: löu löôïng naïp nöôùc thaûi cho heä thoáng 0,1 ÷ 0,37 m3 /hr.m (theo chieàu doác)

Caùc giaù trò k vaø n

Loaïi nöôùc thaûi Caùc heä soá

k n

Nöôùc thaûi sau xöû lyù caáp I

BOD5 0,043 0,136

TOC 0,038 0,170

Nöôùc thaûi sau xöû lyù caáp II

BOD5 0,030 0,402

TOC 0,032 0,350

Tæ leä BOD5 vaø TOC coøn laïi theo chieàu daøi ñöôøng ñi cuûa nöôùc thaûi thoâvaø nöôùc thaûi ñaõ xöûlyù caáp I

Caùc giaù trò A vaø A' bieán ñoåi lôùn theo q do ñoù ñeå aùp duïng caùc tính toaùn naøy ngöôøi ta duøngbieän phaùp qui chieáu töø caùc ñoà thò sau:




113

113

IV. GIỚ I THIỆU CÁC CƠ CHẾ TRONG CÁNH ĐỒNG LỌC

Trong môi tr ườ ng tự nhiên, các quá trình lý, hóa và sinh h ọc diễn ra khi đất, nướ c, sinh vật vàkhông khí tác động qua lại vớ i nhau. Lợ i dụng các quá trình này, ngườ i ta thiết k ế các h ệ th ống tự

nhiên để x ử lý n ướ c thải. Các quá trình xảy ra trong tự nhiên gi ống như các quá trình x ảy ra trong




114

114

các hệ th ống nhân tạo, ngoài ra còn có thêm các quá trình quang hợ p, quang oxy hóa, hấ p thudưỡ ng chất của hệ th ực vật. Trong các hệ th ống tự nhiên các quá trình di ễn ra ở v ận tốc "tự nhiên"và xảy ra đồng thờ i trong cùng một hệ sinh thái, trong khi trong các h ệ th ống nhân tạo các quátrình diễn ra tuần tự trong các b ể ph ản ứng riêng biệt.

1.Xử lý nướ c thải bằng cánh đồng lọc

Gi ớ i thi ệu

Xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc là việc tướ i nướ c thải lên bề m ặt của một cánh đồng vớ ilưu lượ ng tính toán để đạt đượ c một mức xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất - nướ c - thực vật của hệ th ống. Ở các n ướ c đang phát triển, diện tích đất còn thừathải, giá đất còn r ẻ do đó việc xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc đượ c coi như là m ột biện pháp r ẻ tiền.

Xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc đồng thờ i có thể đạt đượ c ba mục tiêu:

• Xử lý n ướ c thải• Tái sử d ụng các chất dinh dưỡ ng có trong nướ c thải để s ản xuất• Nạ p lại nướ c cho các túi nướ c ngầm

So vớ i các hệ th ống nhân tạo thì việc xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lượ nghơ n. Xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượ ng để v ận chuyển và tướ i nướ c thải lên đất,trong khi xử lý n ướ c thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lượ ng để v ận chuyển, khuấy tr ộn,sục khí, bơ m hoàn lưu nướ c thải và bùn... Do ít sử d ụng các thiết bị c ơ khí, vi ệc vận hành và bảoquản hệ th ống xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít t ốn kém hơ n. Tuy nhiên, việc xử

lý nướ c thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế nh ư c ần một diện tích đất lớ n, phụ thu ộcvào cấu trúc đất và điều kiện khí hậu.

Tùy theo tốc độ di chuy ển, đườ ng đi của nướ c thải trong hệ th ống ngườ i ta chia cánh đồng lọcra làm 3 loại:

• Cánh đồng lọc chậm (SR)• Cánh đồng lọc nhanh (RI)• Cánh đồng chảy tràn (OF)

Các cơ chế x ử lý nướ c thải trong cánh đồng l ọc

a) Các cơ ch ế lý h ọc:

Khi nướ c thải ngấm qua các lổ r ỗng của đất, các chất r ắn lơ l ửng sẽ b ị gi ữ l ại do quá trình lọc.Độ dày c ủa tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thướ c của các chất r ắn lơ l ửng, cấutrúc đất và vận tốc của nướ c thải. Lưu lượ ng nướ c thải càng cao, các hạt đất càng lớ n thì bề dàycủa tầng đất diễn ra quá trình lọc càng lớ n. Đối vớ i cánh đồng lọc chậm do lưu lượ ng nướ c thải ápdụng cho hệ th ống thấ p nên các chất r ắn lơ l ửng có kích thướ c lớ n sẽ b ị gi ữ l ại ngay trên bề m ặtđất, các chất r ắn lơ l ửng có kích thướ c nhỏ và vi khu ẩn bị gi ữ l ại ở vài centimet đất mặt. Các chấthòa tan trong nướ c thải có thể b ị pha loãng do n ướ c mưa, các quá trình chuyển hóa hóa học và sinhhọc có thể lo ại bỏ đượ c các chất này. Tuy nhiên ở nh ững vùng khô hạn có tốc độ b ốc hơ i nướ c cao,

các chất này có thể b ị tích t ụ l ại (ví dụ các mu ối khoáng). Một điều khác cần chú ý là nếu hàm




115

115

lượ ng chất lơ l ửng quá cao nó sẽ l ắ p đầy các lổ r ỗng của đất làm giảm khả n ăng thấm lọc củađất, cũng như làm ngh ẹt các hệ th ống tướ i. Trong tr ườ ng hợ p này ta nên cho cánh đồng lọc "nghỉ"một thờ i gian để các quá trình t ự nhiên phân h ủy các chất r ắn lơ l ửng tích tụ này, ph ục hồi lại khả năng thấm lọc của đất.

Các loại đất và lư u lượ ng nướ c thải ứ ng dụng cho các cánh đồng lọc

b) Các cơ ch ế hóa h ọc:

Hấ p phụ và k ết tủa là hai cơ ch ế x ử lý hóa h ọc quan tr ọng nhất trong quá trình. Quá trình trao

đổi cation chịu ảnh hưở ng bở i khả n ăng trao đổi cation của đất (CEC), thườ ng khả n ăng trao đổication của đất biến thiên từ 2 ÷ 60meq/100g. H ầu hết các loại đất có CEC nằm trong khoảng 10 ÷ 30. Quá trình trao đổi cation quan tr ọng trong việc khử nitogen c ủa amonium. Phospho đượ c khử bằng cách tạo thành các dạng không hoặc ít hòa tan. Ở các vùng khô h ạn khó tránh khỏi việc tíchtụ c ủa các ion Natri làm phá hủy cấu trúc đất và giảm khả n ăng thấm lọc của đất. Để đánh giá mứcđộ nguy h ại của quá trình này ngườ i ta thườ ng dùng tỉ l ệ h ấ p phụ natri (SAR)




116

116

trong ñoù Na, Ca, Mg laø noàng ñoä caùc cation töông öùng coù trong nöôùc thaûi ñöôïc tính baèngmeq/L.

Khi duøng caùnh ñoàng loïc ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp caàn phaûi coù böôùc tieàn xöû lyù nhaèm

khoáng cheá pH cuûa nöôùc thaûi trong khoaûng 6,5 ¸ 9 ñeå khoâng laøm haïi thaûm thöïc vaät. Neáu nöôùcthaûi coù SAR cao phaûi tìm caùch loaïi boû Natri ñeå khoáng cheá SAR khoâng lôùn hôn 8 ¸ 10.

c) Cô cheá sinh hoïc:

Caùc quaù trình sinh hoïc thöôøng dieãn ra ôû phaàn reå cuûa thaûm thöïc vaät. Soá löôïng vi khuaåntrong daát bieán thieân töø 1 ¸ 3 tæ/g ñaát, söï ña daïng cuûa chuùng cuõng giuùp cho quaù trình phaân huûy caùcchaát höõu cô töï nhieân hoaëc nhaân taïo. Söï hieän dieän hay khoâng cuûa oxy trong khu vöïc naøy cuõngaûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình phaân huûy vaø saûn phaåm cuoái cuøng cuûa heä thoáng. Haøm löôïngoxy coù trong khu vöïc naøy tuøy thuoäc vaøo caáu truùc (ñoä roãng) cuûa ñaát. Do söï phaân huûy cuûa caùc visinh vaät ñaát, caùc chaát nitrogen, phosphorus, sulfur chuyeån töø daïng höõu cô sang daïng voâ cô vaøphaàn lôùn ñöôïc ñoàng hoùa bôûi heä thöïc vaät. Löu yù quaù trình khöû nitraùt cuõng coù theå dieãn ra neáu löulöôïng naïp chaát höõu cô quaù cao, ñaát quaù mòn, thöôøng xuyeân ngaäp nöôùc, möïc thuûy caáp cao, pHñaát trung tính hoaëc kieàm nheï, nhieät ñoä aám...

Caùc maàm beänh, kyù sinh truøng bò tieâu dieät do toàn taïi beân ngoaøi kyù chuû moät thôøi gian daøi,caïnh tranh vôùi caùc vi sinh vaät ñaát, baùm treân caùc boä phaän cuûa thaûm thöïc vaät sau ñoù bò tieâu dieätbôûi tia UV trong böùc xaï maët trôøi.

CÁNH ĐỒ NG LỌC CH Ậ M

Cánh đồng lọc chậm là hệ th ống xử lý n ướ c thải thông qua đất và hệ th ực vật ở l ưu lượ ngnướ c thải nạ p cho hệ th ống khoảng vài cm/tuần. Các cơ ch ế x ử lý di ễn ra khi nướ c thải di chuyểntrong đất và thực vật, một phần nướ c thải có thể đi vào nướ c ngầm, một phần sử d ụng bở i thực vật,một phần bốc hơ i thông qua quá trình bốc hơ i nướ c và hô hấ p của thực vật. Việc chảy tràn ra khỏihệ th ống đượ c khống chế hoàn toàn n ếu có thiết k ế chính xác.

Lưu lượ ng nạ p cho hệ th ống biến thiên từ 1,5 ÷ 10 cm/tu ần tùy theo loại đất và thực vật.Trong tr ườ ng hợ p cây tr ồng đượ c sử d ụng làm thực phẩm cho con ngườ i nên khử trùng n ướ c thảitr ướ c khi đưa vào hệ th ống hoặc ngừng tướ i nướ c thải 1 tuần tr ướ c khi thu hoạch để b ảo đảm antoàn cho sản phẩm

. Để thi ết k ế h ệ th ống này ta cần các công thức tính toán sau:

Lh + Pp = ET + W + R (7.1)

trong đó

Lh: lưu lượ ng nướ c thải nạ p cho hệ th ống (cm/tuần)Pp: lượ ng nướ c mưa (cm/tuần)ET: lượ ng hơ i nướ c bay hơ i do quá trình bốc hơ i nướ c và hô hấ p của thực vật (cm/tuần)W: lượ ng nướ c thấm qua đất (cm/tuần)R: lượ ng nướ c chảy tràn (cm/tuần) (= 0 nếu thiết k ế chính xác)




117

117

trong đó

I: khả n ăng thấm lọc của đất, mmP": ẩm độ cu ối cùng của đất, % tr ọng lượ ngP': ẩm độ ban đầu của đất, % tr ọng lượ ngS: tỉ tr ọng của đấtD: bề dày c ủa lớ p đất ẩm do tướ i nướ c thải

Sơ đồ di chuyển của nướ c thải trong cánh đồng lọc chậm Ví dụ: ẩm độ c ủa đất tr ướ c khi tướ i nướ c thải là 19%

khả n ăng thấm lọc của đất là 1.000 m3/ha

tỉ tr ọng của đất là 1,5

bề dày c ủa lớ p đất ẩm do tướ i nướ c thải là 90 cm

Lượ ng nướ c mất đi do bay hơ i và hô hấ p của thực vật là 250mm/tháng




118

118

Xác định chu k ỳ t ướ i nướ c thải, ẩm độ c ủa đất sau khi tướ i nướ c thải?

Giải:

Ta có: I = 1.000m3

/10.000m2

= 0,1 m = 100 mm

⇒ P" = 27,3%

Chu k ỳ t ướ i nướ c thải:

= 12 ngaøy

Như v ậy ta có thể dùng 5 ngày cho vi ệc tướ i tiêu và 7 ngày đất nghỉ để quá trình phân h ủy cácchất r ắn lơ l ửng xảy ra hồi phục khả n ăng tướ i tiêu của đất. Ngoài ra trong quá trình tướ i tiêu vàomùa mưa cũng nên tính đến lượ ng nướ c mưa trong tuần theo phươ ng trình 7.1. Mực thủy cấ p phảithấ p hơ n mặt đất 0,6 ¸ 1,0 m để tránh v ấn đề ô nhi ễm nướ c ngầm. Độ d ốc của cánh đồng có tr ồngtr ọt không lớ n hơ n 20%, của cánh đồng không tr ồng tr ọt và sườ n đồi không lớ n hơ n 40%. Khả năng khử BOD 5, SS và coliform trong khoảng 99%. Nitơ b ị h ấ p thu bở i thảm thực vật và nếu cácthực vật này đượ c thu hoạch và chuyển đi nơ i khác thì hiệu suất có thể đạt đến 90%

. CÁNH ĐỒ NG LỌC NHANH

Xử lý n ướ c thải bằng cánh đồng lọc nhanh là việc đưa nướ c thải vào các kênh đào ở khu

vực đất có độ th ấm lọc cao (mùn pha cát, cát) vớ i một lưu lượ ng nạ p lớ n.

Các điều kiện địa lý như độ th ấm lọc của đất, mực thủy cấ p r ất quan tr ọng đối vớ i việc ứngdụng phươ ng pháp này. Nướ c thải sau khi thấm lọc qua đất đượ c thu lại bằng các ống thu nướ c đặtngầm trong đất hoặc các giếng khoan. Mục tiêu của phươ ng pháp xử lý này là:

• Nạ p lại nướ c cho các túi nướ c ngầm, hoặc nướ c mặt• Tái sử d ụng các chất dinh dưỡ ng và tr ử n ướ c thải lại để s ử d ụng cho các vụ mùa

Phươ ng pháp này giúp xử lý tri ệt để các lo ại nướ c thải và ngăn chặn sự xâm nh ậ p mặn củanướ c biển vào các túi nướ c ngầm. Tuy nhiên các dạng đạm hữu cơ có th ể chuy ển hóa thành đạm

nitrát và đi vào nướ c ngầm, nếu vượ t quá tiêu chuẩn 10mg/L khi sử d ụng chúng làm nướ c sinhhoạt sẽ gây b ệnh methemoglobinenia ở tr ẻ em. n ếu khu vực xử lý n ằm trong tình tr ạng yếm khíH2S sẽ sinh ra làm n ướ c ngầm có mùi hôi.

Hiệu suất xử lý SS, BOD 5, coliform trong phân của hệ th ống gần như tri ệt để, hiệu suất khử nitơ kho ảng 50%, phospho khoảng 70 ÷ 95%. Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết k ế là l ưulượ ng nạ p nướ c thải 10 ÷ 250 cm/tu ần. Thờ i gian nạ p kéo dài 0,5 ÷ 3 ngày sau đó cho đất nghỉ 1 ÷ 5 ngày. Độ sâu c ủa mực nướ c ngầm từ 3 ÷ 2 m. Độ d ốc thườ ng nhỏ h ơ n 5%.

Để xác định khả n ăng thấm lọc của đất ngườ i ta thườ ng khoan các lổ đườ ng kính 100 ÷ 300cm. Đáy của lổ n ằm ngang mực vớ i tầng đất cần cho thiết k ế, đổ đầy nướ c, độ th ấm lọc đượ c xác



119định theo hai cách: độ sâu c ủa lớ p nướ c rút đi trong một khoảng thờ i gian nhất định hay là thờ i

gian cần thiết để n ướ c trong lổ rút xu ống một mức nào đó.

Để xác định lượ ng nitơ b ị kh ử đi ngườ i ta dùng công thức:

trong đó

Nt: tổng lượ ng nitrogen bị kh ử đi mg/LTOC: tổng lượ ng carbon hữu cơ trong n ướ c thải ban đầu mg/L-5 do lượ ng TOC còn lại sau khi nướ c thải thấm qua lớ p đất dày 1,5 m còn 5 mg/L

/2 do các thực nghiệm cho thấy cần 2 gcarbon hữu cơ để khoáng hóa 1g nit ơ

Lưu lượ ng nạ p nướ c thải:

Lw = (IR in/h) (1 ft/12 in) (24 h/d) (OD d/yr) (F)

trong đó

Lw: lưu lượ ng nướ c thải nạ p hàng năm; ft/yrIR: tốc độ th ấm lọc của đất; in/hOD: số ngày v ận hành trong năm; d

F: hệ s ố th ấm lọc cho từng loại hình xác định độ th ấm lọcF: 10 ÷ 15% giá tr ị th ấm lọc nhỏ nh ất khi thử nghi ệm bằng kênh đàoF: 4 ÷ 10% giá tr ị th ấm lọc khi đo độ d ẫn nướ c của đất theo chiều đứng

Ghi chú: nên c ộng thêm diện tích cho đườ ng đi nội bộ, khu vực tr ữ, khu vực đệm và dự trù mở r ộng trong tươ ng lai.

Documents

Nguyên lý Quy trình xử lý nước thải